(57)【要約】【課題】従来の標準的なイオン注入装置３０では、イオン源３１が一基しかなく、そのメンテナンスをするとき真空を破らないといけないので、メンテナンス後の復帰に時間がかかり、その間イオン注入装置３０が稼動できない。また注入するイオンの種類を変えるためイオン源３１に内蔵されている固体原料を交換するときも同じ問題が発生する。【解決手段】本発明のイオン注入装置１０の特徴は、一基の分析マグネット１３に二基以上のイオン源１１、１２を取り付けたことである。分析マグネット１３が一基だから、従来のイオン注入装置と大きさ・重さはほとんど変わらず、レイアウトの難しさは従来と変わらない。また価格もそれほど上がらない。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源で発生させたイオンビームを引き出し、分析マグネットにより不要なイオンビームを分離し、目的のイオンビームのみを加速してウェハに注入するイオン注入装置において、一基の前記分析マグネットに複数の前記イオン源を取り付けたことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
請求項１記載のイオン注入装置において、前記イオン源の、前記分析マグネットに対する相対位置と相対角度を、前記分析マグネットの強さが一定の条件の下に、加速後の前記の各イオンビームがほぼ同じ軌道を通ってウェハに到達するように調節できることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項３】
請求項２記載のイオン注入装置において、前記複数のイオン源の任意の一基から連続的またはパルス的にイオンを注入できる、または前記複数のイオン源のいくつかから同時に連続的またはパルス的にイオンを注入できる、または前記複数のイオン源のいくつかから順次必要量イオンを注入できる、または前記複数のイオン源のいくつかから交互にパルス的にイオンを注入できる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】
本発明は主に半導体製造に使用されるイオン注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は従来の標準的なイオン注入装置の説明図である。これを従来のイオン注入装置の第一例３０とする。イオン源３１で作られたイオンは引き出し電極３２により引き出される。引き出されたイオンのうち不要なものは分析マグネット３３によって分離され、目的のイオンビーム３４のみが可変スリット３５を通過して加速管３６により所定のエネルギーまで加速される。加速されたイオンビーム３４は収束レンズ３７により収束し、ウェハ３８に衝突してウェハ３８内部に入り込む（これをイオン注入と言う）。この従来のイオン注入装置の第一例３０ではイオン源３１が一基しかないため次の問題があった。
【０００３】
イオン源３１内部には熱電子を発生させるためのフィラメント（図示せず）があるが、これは消耗する。またイオン源３１や引き出し電極３２の周囲は高電圧がかかるが、どうしても汚れるので絶縁不良を起こしやすい。これらの理由により一週間に一度位はイオン源３１のメンテナンスをしなければならない。メンテナンスをするときは真空を破らないといけないので、メンテナンス後の復帰に時間がかかる。その間イオン注入装置３０は稼動できない。
【０００４】
また注入するイオンの種類を変えるため、イオン源３１に内蔵されている固体原料を交換するときにも真空を破らなければならないため、復帰に時間がかかるという問題が発生する。
【０００５】
その解決策として特開平３−２５４０５７号公報には、イオン源を二基備えたイオン注入装置が提案されている。図３はそのイオン注入装置の説明図である。これを従来のイオン注入装置の第二例４０とする。
【０００６】
二基のイオン源４１、４２が絶縁碍子４３、４４を介してイオン源室４５、４６に取り付けられている。イオン源室４５、４６はアイソレートバルブ４７、４８を介してウェハ４９を入れる処理室５０に取り付けられている。さらにイオン源４１、４２へは高電圧供給電源５１、５２が接続されている。イオン源室４５、４６には高真空ポンプ５３、５４が高真空バルブ５５、５６を介して取り付けられている。そして高電圧・放射線などがイオン注入装置４０の外部へ漏れるのを防ぐため隔離壁５７が設けられている。
【０００７】
従来のイオン注入装置の第二例４０は図から明らかなように、イオン源４１、４２・引き出し電極（図示せず）・分析マグネット５８、５９を二基ずつ備えている。
【０００８】
従来のイオン注入装置の第二例４０では、一基のイオン源４１が稼動している間に、他のイオン源４２・引き出し電極（図示せず）のメンテナンスができる。これにより前述した、イオン源のメンテナンスのためイオン注入装置の稼動が長時間できない、という問題が解決される。
【０００９】
従来のイオン注入装置の第二例４０の問題点は、イオン源４１、４２・引き出し電極（図示せず）だけでなく、分析マグネット５８、５９までも二基備えていることである。イオン注入装置の分析マグネット５８、５９は非常に大きく、重く、高価である。分析マグネット５８、５９が二基になると、イオン注入装置４０が相当大きく重くなり、また高価になる。イオン注入装置は分析マグネットが一基の場合でも、他の半導体製造装置に比べて極端に大きく重いため、クリーンルームでのレイアウトが難しい。それゆえ分析マグネットが二基になると、価格の面の問題だけでなく、レイアウトでも困難を極める。
【００１０】
メンテナンス後の復帰に時間がかかる問題の別の解決策として実開昭６２−５３５５８号公報には、イオン源を二基備えたイオン注入装置が提案されている。図４はそのイオン注入装置の説明図である。これを従来のイオン注入装置の第三例６０とする。
【００１１】
二基のイオン源６１、６２がそれぞれハウジング６３、６４に内蔵されて並設されている。これらのイオン源６１、６２は矢印で示すように左右方向にハウジング６３、６４ごと移動させることにより自由に交換できる。イオン源６１、６２で発生したイオンは引き出し電極６５で引き出され、不要イオンは分析マグネット６６により分離され、目的のイオンビーム６７のみが可変スリット６８を通過して、加速管６９により所定のエネルギーまで加速される。加速されたイオンビーム６７は収束レンズ７０で収束し、走査電極７１でＸ、Ｙ方向に走査され、偏向電極７２で約１０度偏向させられて、ウェハ７３に注入される。
【００１２】
従来のイオン注入装置の第三例６０でも、一基のイオン源６１が稼動している間に、他のイオン源６２のメンテナンスができる。これにより、イオン源のメンテナンスのためイオン注入装置の稼動が長時間できない、という問題が解決される。
【００１３】
従来のイオン注入装置の第三例では、イオン源交換時間が短いと言っても交換のタイミングが一枚のウェハへの注入途中に当ると、交換中にウェハの温度が下がるなどウェハの状態が微妙に変化する。そのため注入途中でイオン源を交換したウェハは特性が安定しないという問題がある。このためやはり瞬時にイオン源が交換できるのが望ましい。つまり連続運転ができるイオン注入装置が望ましい。
【００１４】
また従来のイオン注入装置の第三例６０では装置の稼動中に引き出し電極６５のメンテナンスをすることはできない。したがって引き出し電極６５のメンテナンスのため稼動が長時間できなくなるおそれがある。
【００１５】
【特許文献１】
特開平３−２５４０５７号公報
【特許文献２】
実開昭６２−５３５５８号公報。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の標準的なイオン注入装置３０（従来第一例、図２）の問題点は、イオン源３１が一基しかなく、そのメンテナンスをするとき真空を破らないといけないので、メンテナンス後の復帰に時間がかかることである。その間イオン注入装置３０が稼動できない。また注入するイオンの種類を変えるためイオン源３１に内蔵されている固体原料を交換するときも真空を破らなければならないため同じ問題が発生する。
【００１７】
従来のイオン注入装置の第二例４０（図３）の問題点は、分析マグネット５８、５９までも二基備えていることである。イオン注入装置の分析マグネットは非常に大きく、重く、高価である。分析マグネットが二基になると、イオン注入装置が相当大きく重くなり、また高価になる。それゆえ価格の面の問題だけでなく、レイアウトでも困難を極める。
【００１８】
従来のイオン注入装置の第三例６０（図４）の問題点は、一枚のウェハ７３への注入途中にイオン源６１、６２を交換すると、交換中にウェハ７３の状態が変化するため、注入途中でイオン源６１、６２を交換したウェハ７３は特性が安定しないことである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明のイオン注入装置の特徴は、一基の分析マグネットに二基（以上）のイオン源を取り付けたことである。分析マグネットが一基のみだから、従来のイオン注入装置と大きさ・重さはほとんど変わらず、レイアウトの難しさは従来のイオン注入装置と変わらない。また価格もそれほど上がらない。
【００２０】
二基のイオン源は常にレディ状態になっている。したがって二基のイオン源の任意の一方から連続的またはパルス的にイオンを出すこともできるし、両方から同時に連続的またはパルス的にイオンを出すこともできる。また二基のイオン源から交互にパルス的にイオンを出すこともできる。
【００２１】
二基のイオン源の使い方はいろいろある。まず両方のイオン源に同じイオン原料を入れた場合、片方のイオン源がフィラメント切れなどで停止したとき、瞬時にもう一方のイオン源に切り替え、連続してイオン注入を続行することができる。（イオン源の切り替えと同時に分析マグネットの強さも切り替える。）切り替え時間が極めて短いため、切り替え中にウェハの状態が変化することはない。そのため注入途中で切り替えを行なったウェハも特性が安定している。
【００２２】
次に二基のイオン源に別々のイオン原料（軽イオンと重イオン）を入れた場合、二種のイオンを同時に、あるいは引き続き連続して、あるいは交互に注入することができる。
【００２３】
分析マグネットの強さを変えないで軽イオンと重イオンを同時に収束させるため、イオン源の位置を可変にして分析マグネットにイオンビームが入る位置・角度を変えられるようにしてある。こうすると多種類の軽イオンと重イオンの組み合わせが同時に使える。
【００２４】
請求項１記載の発明は、イオン源で発生させたイオンビームを引き出し、分析マグネットにより不要なイオンビームを分離し、目的のイオンビームのみを加速してウェハに注入するイオン注入装置において、一基の前記分析マグネットに複数の前記イオン源を取り付けたことを特徴とするイオン注入装置である。
【００２５】
請求項２記載の発明は請求項１記載のイオン注入装置において、前記イオン源の、前記分析マグネットに対する相対位置と相対角度を、前記分析マグネットの強さが一定の条件の下に、加速後の前記の各イオンビームがほぼ同じ軌道を通ってウェハに到達するように調節できることを特徴とするイオン注入装置である。
【００２６】
請求項３記載の発明は請求項２記載のイオン注入装置において、前記複数のイオン源の任意の一基から連続的またはパルス的にイオンを注入できる、または前記複数のイオン源のいくつかから同時に連続的またはパルス的にイオンを注入できる、または前記複数のイオン源のいくつかから順次必要量イオンを注入できる、または前記複数のイオン源のいくつかから交互にパルス的にイオンを注入できることを特徴とするイオン注入装置である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明のイオン注入装置の実施形態を説明する。図１は本発明のイオン注入装置の一実施例１０の説明図である。本発明のイオン注入装置１０の特徴は、二基のイオン源（第一イオン源１１と第二イオン源１２）を一基の分析マグネット１３に取り付けていることである。第一イオン源１１と第二イオン源１２はそれぞれ矢印のように分析マグネット１３に対して取り付け位置・角度をずらすことができる。このように第一イオン源１１と第二イオン源１２の位置・角度を可変にしておくと、分析マグネット１３の強さが一定でも、多種イオンに対して第一イオン源１１と第二イオン源１２からのイオンビームをウェハ上に収束させるように調節できる。
【００２８】
図示していないが、第一イオン源１１・第二イオン源１２と分析マグネット１３の間には真空バルブが設けてある。第一イオン源１１あるいは第二イオン源１２の真空を破るときは、その真空バルブを閉じる。
【００２９】
第一イオン源１１と第二イオン源１２に別々のイオン原料を入れるときは、第一イオン源１１が軽イオン、第二イオン源１２が重イオンになるように入れる。その理由は分析マグネット１３でのイオンビームの曲率半径が、第一イオン源１１で小さく、第二イオン源１２で大きいためである。これを逆に第一イオン源１１を重イオンにすると、分析マグネット１３の強さを非常に強くしなければならなくなるので、電力がむだになる。
【００３０】
第一イオン源１１と第二イオン源１２で作られたイオンはそれぞれ引き出し電極１４、１５により引き出され、第一イオンビーム１６、第二イオンビーム１７となる。引き出されたイオンのうち不要なもの（質量の異なるもの）は分析マグネット１３によって分離され、目的のイオンのみが可変スリット１８を通過する。可変スリット１８通過後の第一イオンビーム１６、第二イオンビーム１７の軌跡はほとんど同じである。実際は軌跡が一致するように第一イオン源１１、第二イオン源１２の位置・入射角度、分析マグネット１３の強さを調節するわけである。
【００３１】
可変スリット１８を通過した第一イオンビーム１６、第二イオンビーム１７は加速管１９により所定のエネルギーまで加速される。加速された第一イオンビーム１６、第二イオンビーム１７は収束レンズ２０（四重極電磁レンズ）により収束し、ウェハ２１に衝突してウェハ２１内部に入り込む（これをイオン注入と言う）。
【００３２】
ウェハ２１は移動・回転のできるウェハステージ２２に載っている。一度にウェハ全面にイオン注入はできないので、ウェハステージ２２を移動させてイオン注入する位置を変え、ウェハ２１全面にイオン注入する。またウェハステージ２２を回転させて別のウェハ２１をイオン注入の位置に持ってくる。
【００３３】
本発明のイオン注入装置１０の使用法を説明する。まず第一イオン源１１と第二イオン源１２の両方に同じイオン原料を入れた場合を説明する。この場合は通常片方のイオン源（第一イオン源１１とする）だけを使ってイオン注入をする。しかし一週間に一回程度は第一イオン源１１のメンテナンスをしなければならない。メンテナンスの直前に第一イオン源１１を止め、第二イオン源１２に切り替える。そのとき同時に分析マグネット１３の強さも変える。（そうしないとイオンビームの方向が合わない。）切り替えは瞬時にできるので、切り替えによってイオン注入が中断することはない。
【００３４】
メンテナンスは計画的にできるが、ときには予想できない故障（フィラメント切れとか絶縁不良）により突然第一イオン源１１が止まることがある。このときもアラーム直後に第二イオン源１２に切り替えれば、イオン注入が中断することはない。そのためイオン注入途中で第一イオン源１１が故障したウェハ２１でも特性が不安定になることがない。
【００３５】
次に第一イオン源１１、第二イオン源１２に別のイオン原料を入れた場合を説明する。この場合、第一イオン源１１には軽いイオン原料（例えばボロン）を、第二イオン源１２には重いイオン原料（例えば砒素）を入れる。砒素の質量はボロンの約７倍である。したがって仮に砒素とボロンのイオンビームのエネルギーが同じであり、それらを分析マグネット１３内で同じ角度で曲げようとすると、砒素のときの分析マグネット１３の強さはボロンのときの２．６倍必要になる。しかし本発明では第一イオンビーム（ボロン）１６と第二イオンビーム（砒素）１７の入射位置・入射角を調節することができるので、分析マグネット１３の強さが一定のままで、第一イオンビーム１６と第二イオンビーム１７が同じ軌道を通って収束するようにできる。
【００３６】
このように調節しておけるので、第一イオン源１１と第二イオン源１２の任意の一方から連続的またはパルス的にイオンを注入することもできるし、両方から同時に連続的またはパルス的にイオンを注入することもできる。また第一イオン源１１から必要量イオン注入し、引き続いて第二イオン源１２から必要量イオン注入することもできる。また第一イオン源１１と第二イオン源１２から交互にパルス的にイオンを注入することもできる。このようにすると、従来のような、ウェハステージ２２にセットされているウェハ２１をいったんアンロードして新たにビームを調整した後、再度ウェハ２１をロードして注入を行なう作業が要らなくなる。そのため後工程にウェハ２１を流すまでの時間が短縮できる。また第二イオン源１２に重いイオン原料を入れているため、分析マグネット１３の強さを従来ほど強くする必要がないので、省電力もできる。なお以上の説明はイオン源が二基の場合であったが、イオン源が三基以上の場合も上記の説明はそのまま当てはまる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のイオン注入装置は、一基の分析マグネットに二基（以上）のイオン源を取り付けた。分析マグネットが一基のみだから、従来のイオン注入装置と大きさ・重さはほとんど変わらず、レイアウトの難しさは従来のイオン注入装置と変わらない。また価格もそれほど上がらない。
【００３８】
二基のイオン源は常にレディ状態になっている。したがって二基のイオン源の任意の一方から連続的またはパルス的にイオンを出すこともできるし、両方から同時に連続的またはパルス的にイオンを出すこともできる。また二基のイオン源から交互にパルス的にイオンを出すこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のイオン注入装置の一実施例の説明図
【図２】従来の標準的なイオン注入装置（従来第一例）の説明図
【図３】従来のイオン注入装置の第二例の説明図
【図４】従来のイオン注入装置の第三例の説明図
【符号の説明】
１０　イオン注入装置
１１　第一イオン源
１２　第二イオン源
１３　分析マグネット
１４、１５　電極
１６　第一イオンビーム
１７　第二イオンビーム
１８　可変スリット
１９　加速管
２０　収束レンズ
２１　ウェハ
２２　ウェハステージ
３０　イオン注入装置
３１　イオン源
３２　電極
３３　分析マグネット
３４　イオンビーム
３５　可変スリット
３６　加速管
３７　収束レンズ
３８　ウェハ
４０　イオン注入装置
４１、４２　イオン源
４３、４４　絶縁碍子
４５、４６　イオン源室
４７、４８　アイソレートバルブ
４９　ウェハ
５０　処理室
５１、５２　高電圧供給電源
５３、５４　高真空ポンプ
５５、５６　高真空バルブ
５７　隔離壁
５８、５９　分析マグネット
６０　イオン注入装置
６１、６２　イオン源
６３、６４　ハウジング
６５　電極
６６　分析マグネット
６７　イオンビーム
６８　可変スリット
６９　加速管
７０　収束レンズ
７１　走査電極
７２　偏向電極
７３　ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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