(57)【要約】【課題】引出電極の放電によりイオン源内で生成された複数種類のイオンを含むイオンビームがターゲットに到達して所望イオン以外の質量及びエネルギーをもったイオンがターゲットに注入されないようにする。【解決手段】イオン源２から引き出されたイオンビームＩＢから特定の質量数及び価数のイオンを選別して導出する質量分離器３と、当該質量分離器３から導出されたイオンビームＩＢを加速又は減速する加速管４と、当該加速管４から導出されたイオンビームＩＢから特定のエネルギーのイオンを選別して導出するエネルギー分離器５とを有するイオン注入装置１００の制御方法であって、加速モード運転において加速電圧ＶＡを０ｋＶとならないように制御する。【選択図】図１
2012238403.tif 000002
【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から特定の質量数及び価数のイオンを選別して導出する質量分離器と、当該質量分離器から導出されたイオンビームを加速又は減速する加速管と、当該加速管から導出されたイオンビームから特定のエネルギーのイオンを選別して導出するエネルギー分離器とを有するイオン注入装置の制御方法であって、
前記加速管によりイオンビームを加速させる加速モード運転において、前記加速管に印加する加速電圧を０ｋＶとならないように制御するイオン注入装置の制御方法。
【請求項２】
イオン源から引き出されたイオンビームから特定の質量数及び価数のイオンを選別して導出する質量分離器と、当該質量分離器から導出されたイオンビームを加速又は減速する加速管と、当該加速管から導出されたイオンビームから特定のエネルギーのイオンを選別して導出するエネルギー分離器とを有するイオン注入装置の制御方法であって、
前記加速管によりイオンビームを減速させる減速モード運転において、前記イオン源からイオンビームを引き出す引出電圧と前記加速管に印加する減速電圧とが互いに異なる電圧となるように制御するイオン注入装置の制御方法。
【請求項３】
イオン源から引き出されたイオンビームから特定の質量数及び価数のイオンを選別して導出する質量分離器と、当該質量分離器から導出されたイオンビームを加速又は減速する加速管と、当該加速管から導出されたイオンビームから特定のエネルギーのイオンを選別して導出するエネルギー分離器とを有するイオン注入装置の制御方法であって、
前記加速管によりイオンビームを加速させる加速モード運転において、前記加速管に印加する加速電圧を０ｋＶとならないように制御するとともに、前記加速管によりイオンビームを減速させる減速モード運転において、前記イオン源からイオンビームを引き出す引出電圧と前記加速管に印加する減速電圧とが互いに異なる電圧となるように制御するイオン注入装置の制御方法。
【請求項４】
イオン源から引き出されたイオンビームから特定の質量数及び価数のイオンを選別して導出する質量分離器と、当該質量分離器から導出されたイオンビームを加速又は減速する加速管と、当該加速管から導出されたイオンビームから特定のエネルギーのイオンを選別して導出するエネルギー分離器とを有するイオン注入装置の制御方法であって、
前記加速管によりイオンビームを減速させる減速モード運転と前記加速管によりイオンビームを加速させる加速モード運転との切り替え時に、前記イオン源からイオンビームを引き出す引出電圧と前記加速管に印加する減速電圧とが互いに異なる電圧となるように制御するイオン注入装置の制御方法。
【請求項５】
イオン源から引き出されたイオンビームから特定の質量数及び価数のイオンを選別して導出する質量分離器と、当該質量分離器から導出されたイオンビームを加速又は減速する加速管と、当該加速管から導出されたイオンビームから特定のエネルギーのイオンを選別して導出するエネルギー分離器とを有するイオン注入装置の制御方法であって、
前記加速管によりイオンビームを減速させる減速モード運転と前記加速管によりイオンビームを加速させる加速モード運転との切り替え時に、前記加速管に印加する加速電圧を０ｋＶとならないように制御するイオン注入装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、イオン注入装置としては、例えば特許文献１に示すように、イオン源から引き出されたイオンビームから特定の質量数及び価数のイオンを選別して導出する質量分離マグネットと、当該質量分離マグネットから導出されたイオンビームを加速又は減速する加速管と、当該加速管から導出されたイオンビームから特定のエネルギーのイオンを選別して導出するエネルギー分離マグネットとを有するものがある。
【０００３】
そして、このイオン注入装置では、ターゲットに対するイオン注入前及びイオン注入中にエネルギー分離マグネットにおける磁束密度のチェック時の値と、その時のイオンの質量数、価数及びイオンビームへの全印加電圧とに基づいて、エネルギー分離マグネットにおけるイオンビームの曲率半径を算出して、かつ当該曲率半径がその基準値に対する所定の許容範囲内にあるか否かをチェックしている。これにより、イオンビームのイオン種及びエネルギーの異常を正しく検出するようにしている。
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献１に示される異常検出方法において、イオン源からイオンビームを引き出すための引出電圧が印加される引出電極の放電によって生じる異常については何ら言及していない。このように引出電極で放電が生じた場合には、イオン源で複数種類のイオンが発生している場合には、それら複数種類のイオンを含むイオンビームがターゲットまで到達してしまい、ターゲットに所望以外の質量及びエネルギーをもったイオンが注入されてしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１１５７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、引出電極の放電によりイオン源内で生成された複数種類のイオンを含むイオンビームがターゲットに到達して所望イオン以外の質量及びエネルギーをもったイオンがターゲットに注入されないようにすることをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明に係るイオン注入装置の制御方法は、イオン源から引き出されたイオンビームから特定の質量数及び価数のイオンを選別して導出する質量分離器と、当該質量分離器から導出されたイオンビームを加速又は減速する加速管と、当該加速管から導出されたイオンビームから特定のエネルギーのイオンを選別して導出するエネルギー分離器とを有するイオン注入装置の制御方法であって、前記加速管によりイオンビームを加速させる加速モード運転において、前記加速管に印加する加速電圧を０ｋＶとならないように制御することを特徴とする。
【０００８】
このようなものであれば、加速モード運転において、イオン源からイオンビームを引き出すための引出電極が放電した場合であっても、加速電圧を０ｋＶとならないように制御しているので、イオン源内で生じた所望以外のイオンをエネルギー分離器で分離させることができ、所望のイオンのみをターゲットに到達させることができる。なお詳細な作用については後述する。
【０００９】
また本発明に係るイオン注入装置の制御方法は、イオン源から引き出されたイオンビームから特定の質量数及び価数のイオンを選別して導出する質量分離器と、当該質量分離器から導出されたイオンビームを加速又は減速する加速管と、当該加速管から導出されたイオンビームから特定のエネルギーのイオンを選別して導出するエネルギー分離器とを有するイオン注入装置の制御方法であって、前記加速管によりイオンビームを減速させる減速モード運転において、前記イオン源からイオンビームを引き出す引出電圧と前記加速管に印加する減速電圧とが互いに異なる電圧となるように制御することを特徴とする。
【００１０】
このようなものであれば、減速モード運転において、イオン源からイオンビームを引き出すための引出電極が放電した場合であっても、引出電圧と減速電圧とを互いに異なる電圧となるように制御しているので、イオン源内で生じた所望以外のイオンをエネルギー分離器で分離させることができ、所望のイオンのみをターゲットに到達させることができる。なお詳細な作用については後述する。
【００１１】
また本発明に係るイオン注入装置の制御方法は、イオン源から引き出されたイオンビームから特定の質量数及び価数のイオンを選別して導出する質量分離器と、当該質量分離器から導出されたイオンビームを加速又は減速する加速管と、当該加速管から導出されたイオンビームから特定のエネルギーのイオンを選別して導出するエネルギー分離器とを有するイオン注入装置の制御方法であって、前記加速管によりイオンビームを加速させる加速モード運転において、前記加速管に印加する加速電圧を０ｋＶとならないように制御するとともに、前記加速管によりイオンビームを減速させる減速モード運転において、前記イオン源からイオンビームを引き出す引出電圧と前記加速管に印加する減速電圧とが互いに異なる電圧となるように制御することを特徴とする。
【００１２】
このようなものであれば、加速モード運転及び減速モード運転のいずれにおいても、イオン源からイオンビームを引き出すための引出電極が放電した場合に、イオン源内で生じた所望以外のイオンをエネルギー分離器で分離させることができ、所望のイオンのみをターゲットに到達させることができる。
【００１３】
また本発明に係るイオン注入装置の制御方法は、イオン源から引き出されたイオンビームから特定の質量数及び価数のイオンを選別して導出する質量分離器と、当該質量分離器から導出されたイオンビームを加速又は減速する加速管と、当該加速管から導出されたイオンビームから特定のエネルギーのイオンを選別して導出するエネルギー分離器とを有するイオン注入装置の制御方法であって、前記加速管によりイオンビームを減速させる減速モード運転と前記加速管によりイオンビームを加速させる加速モード運転との切り替え時に、前記イオン源からイオンビームを引き出す引出電圧と前記加速管に印加する減速電圧とが互いに異なる電圧となるように制御することを特徴とする。
【００１４】
このようなものであれば、減速モード運転と加速モード運転の切り替え時に、引出電圧と減速電圧とが等しい電圧になるが、この際に引出電極に放電が生じた場合に所望以外のイオンがターゲットに到達してしまうという問題を解決することができる。
【００１５】
また本発明に係るイオン注入装置の制御方法は、イオン源から引き出されたイオンビームから特定の質量数及び価数のイオンを選別して導出する質量分離器と、当該質量分離器から導出されたイオンビームを加速又は減速する加速管と、当該加速管から導出されたイオンビームから特定のエネルギーのイオンを選別して導出するエネルギー分離器とを有するイオン注入装置の制御方法であって、前記加速管によりイオンビームを減速させる減速モード運転と前記加速管によりイオンビームを加速させる加速モード運転との切り替え時に、前記加速管に印加する加速電圧を０ｋＶとならないように制御することを特徴とする。
【００１６】
このようなものであれば、減速モード運転と加速モード運転の切り替え時に、加速電圧が０ｋＶになるが、この際に引出電極に放電が生じた場合に所望以外のイオンがターゲットに到達してしまうという問題を解決することができる。
【発明の効果】
【００１７】
このように構成した本発明によれば、引出電極の放電によりイオン源内で生成された複数種類のイオンを含むイオンビームがターゲットに到達して所望イオン以外の質量及びエネルギーをもったイオンがターゲットに注入されないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るイオン注入装置の加速モード運転の構成を示す模式図。
【図２】イオン源の構成を示す模式図。
【図３】イオン注入装置の減速モード運転の構成を示す模式図。
【図４】各運転モードにおける電圧及びビームエネルギーの一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明に係るイオン注入装置の制御方法の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
本実施形態に係るイオン注入装置１００は、図１及び図３に示すように、イオンビームＩＢを引き出すイオン源２と、このイオン源２の下流側に設けられて、イオン源２から引き出されたイオンビームＩＢから特定のイオン種（このイオン種は、質量数及び価数で特定される。）を選別して導出する質量分離器たる質量分離マグネット３と、この質量分離マグネット３の下流側に設けられて、質量分離マグネット３から導出されたイオンビームＩＢを加速又は減速する加速管４と、この加速管４の下流側に設けられて、加速管４から導出されたイオンビームＩＢから特定のエネルギーのイオンを選別して導出するエネルギー分離器たるエネルギー分離マグネット５と、このエネルギー分離マグネット５の下流側に設けられて、エネルギー分離マグネット５から導出されたイオンビームＩＢを磁気的に一次元で（図１では紙面に沿った方向でありＸ軸方向に）走査する走査マグネット６と、この走査マグネット６の下流側に設けられて、走査マグネット６から導出されたイオンビームＩＢを基準軸（Ｚ軸方向に沿った軸）に対して平行になるように曲げ戻して走査マグネット６と協働してイオンビームＩＢの平行走査を行うビーム平行化マグネット７と、このビーム平行化マグネット７の下流側に設けられて、ビーム平行化マグネット７から導出されたイオンビームＩＢの照射領域内でターゲットＷ（例えばウエハ）を走査マグネット６におけるイオンビームＩＢの走査方向と実質的に直交する方向に（図１では紙面の表裏方向でありＹ軸方向に）機械的に走査する走査機構８とを備えている。このターゲットＷにイオンビームＩＢが照射されてイオン注入が行われる。
【００２１】
なお、質量分離マグネット３のイオン導出部には、質量分離マグネット３により選別されたイオンを通過させる質量分離スリット９が設けられており、エネルギー分離マグネット５のイオン導出部には、エネルギー分離マグネット５により選別されたイオンを通過させるエネルギー分離スリット１０が設けられている。
【００２２】
イオン源２は、図２に示すように、例えばＥＣＲ放電によってプラズマを生成するプラズマ生成部２１と、そこから電界の作用でイオンビームＩＢを引き出す引出電極２２とを備えており、両者間には、プラズマ生成部２１を正側にして直流の引出電源２３から引出電圧ＶＥが印加される。なお、図２中、左から１枚目及び２枚目の電極には、サプレッション電源２４が接続されており、引出電極２２よりも下流側で発生した電子の逆流を防止している。
【００２３】
加速管４は、多段の電極を有しており、その両端部に、加速モード運転の場合には、図１に示すように、加速管の上流側を正側にして直流の加速モード電源１１から加速電圧ＶＡが印加される。また加速管４の最下流側の電極は接地される。なお、加速モード運転とは、イオン源２から引出電極２２により引き出されたイオンを加速モード電源１１で加速することで必要なビームエネルギーとする運転方法である。この加速モード運転でのビームエネルギーは、引出電圧ＶＥと加速電圧ＶＡとの合計の電圧で決まる。
【００２４】
一方、加速管４は、減速モード運転の場合は、加速モード電源１１は加速管４から切り離され、イオン源２のプラズマ生成部２１とアースとの間に、図３に示すように、プラズマ生成部２１を正側にして直流の減速モード電源１２から減速モード電圧ＶＤが印加される。なお、減速モード運転とは、ビームエネルギーが例えば４０ｋｅＶ程度以下が必要なレシピの場合、引出電圧ＶＥを４０ｋＶ程度以下にした場合、イオン源２から引き出されるビーム電流が小さくなるので、引出電圧ＶＥを上げて必要なビーム電流を確保して引き出した後に、減速モード電源１２で減速することで必要なビームエネルギーとする運転方法である。この減速モード運転でのビームエネルギーは、減速電圧ＶＤで決まる。
【００２５】
更にこのイオン注入装置１００は、図１及び図３に示すように、当該イオン注入装置１００全体の制御を司る制御装置１３と、この制御装置１３に接続されて、オペレータとの入出力を行うマンマシンコントローラ１４とを備えている。マンマシンコントローラ１４は表示装置１５を有している。
【００２６】
上記構成によって、所望のイオン種およびエネルギーのイオンビームＩＢを平行走査しながらターゲットＷに照射すると共に、ターゲットＷを機械的に走査して、ターゲットＷの全面に均一にイオン注入を行うことができる。
【００２７】
このように構成したイオン注入装置１００が正常運転を行っている場合には、イオン注入装置１００の質量分離マグネット３及びエネルギー分離マグネット５の磁束密度は、所望のイオンのみが通過できるように設定されており、複数種類のイオンが発生しているイオン源２であっても所望以外のイオンはターゲットＷには注入されない。なお、質量分離マグネット３及びエネルギー分離マグネット５における磁束密度Ｂとマス値ｍとは以下の式で表すことができる。
【００２８】
【数１】
2012238403.tif 000003
【００２９】
ここでＲ：曲率半径、ｑ：イオンの電荷数、Ｖ：電圧、ｅ：電気素量である。
【００３０】
しかして本実施形態のイオン注入装置１００の加速モード運転（図１参照）において、図４に示すように、加速管４に印加する加速電圧ＶＡを０ｋＶとならないように制御している。
【００３１】
この加速モード運転において加速電圧ＶＡがゼロ（０ｋＶ）の場合、引出電極２２が放電すると、ごく短時間の間に微量の所望以外のイオンがターゲットＷに到達してしまう。
【００３２】
例えば、引出電圧ＶＥが４０ｋＶであって、引出電極２２の放電が発生した場合、引出電圧ＶＥが瞬時に４０ｋＶから０ｋＶになる。
【００３３】
加速電圧ＶＡがゼロ（０ｋＶ）の場合、エネルギー分離マグネット５の磁束密度Ｂは、引出電圧ＶＥで決定されるエネルギーをもったイオンがエネルギー分離スリット１０を通過できるようになっている。そのため、引出電極２２の放電が発生した場合、質量分離スリット９を通過するイオン（所望以外のイオン）が存在し、そのイオンはエネルギー分離スリット１０を通過することになる。その結果、所望以外のイオンがターゲットＷに到達する。
【００３４】
一方、加速電圧ＶＡが０ｋＶでない場合、エネルギー分離マグネット５の磁束密度Ｂは、引出電圧ＶＥと加速電圧ＶＡの合計で決定されるエネルギーを持ったイオンがエネルギー分離スリット１０を通過できるようになっている。そのため、４０ｋＶ未満の引出電圧ＶＥと加速電圧ＶＡの合計電圧で決まるエネルギーのイオンはエネルギー分離スリット１０を通過できない。その結果、引出電極２２が放電しても、ターゲットＷまで所望以外の質量を持ったイオンを到達しない。
【００３５】
また本実施形態のイオン注入装置の１００の減速モード運転（図３参照）において、図４に示すように、イオン源２からイオンビームＩＢを引き出す引出電圧ＶＥと加速管４に印加する減速電圧ＶＤとが互いに異なる電圧（つまり、ＶＥ≠ＶＤ）となるように制御している。
【００３６】
この減速モード運転において引出電圧ＶＥと減速電圧ＶＤとが等しい場合、引出電極２２が放電すると、質量分離スリット３を所望以外のイオンが通過してしまう。また、エネルギー分離マグネット５の磁束密度は、減速電圧ＶＤ（＝引出電圧ＶＥ）で決定されるエネルギーを持ったイオンがエネルギー分離スリット１０を通過できるようになっているため、質量分離スリット９を通過するイオンは、エネルギー分離スリット１０も通過することになる。その結果、所望以外のイオンがターゲットＷに到達してしまう。
【００３７】
一方、引出電圧ＶＥが減速電圧ＶＤと異なる電圧の場合、例えば引出電圧ＶＥを５０ｋＶ、減速電圧ＶＤを３０ｋＶとした場合、引出電極２２が放電すると、引出電圧ＶＥが５０ｋＶから０ｋＶになる。このとき、質量分離スリット９を通過するイオンは、上記（１）式のルート内の式が一定であるという式が成立する（下式）ことから、引出電極２２の放電により引出電圧ＶＥが変化すれば、質量分離スリット９を通過するイオンの質量も反比例して変化する。
【００３８】
【数２】
2012238403.tif 000004
【００３９】
エネルギー分離マグネット５の磁束密度Ｂは、減速電圧３０ｋＶで決まるエネルギーを持ち、且つ引出電極２２の放電の無い時に質量分離スリット９を通過したイオンのみがエネルギー分離スリット１０を通過できるように設定されている。
【００４０】
そして引出電極２２の放電が生じた場合でも、エネルギー分離スリット１０を通過できるイオンのエネルギーは変化しない。したがって、エネルギー分離スリット１０を通過できるイオンは、引出電極２２の放電が無いときにエネルギー分離スリット１０を通過したイオンのみであるので、所望以外のイオンがターゲットＷに到達しない。
【００４１】
また本実施形態では、図４に示すように、減速モード運転から加速モード運転へ切り替える際又は加速モード運転から減速モード運転へ切り替える際に、加速電圧ＶＡを０ｋＶとならないように制御するとともに、引出電圧ＶＥ及び減速電圧ＶＤを異なる電圧となるように制御している。
【００４２】
このように構成した本実施形態に係るイオン注入装置１００の各制御方法によれば、引出電極２２の放電によりイオン源２内で生成された複数種類のイオンを含むイオンビームＩＢがターゲットＷに到達して所望イオン以外の質量及びエネルギーをもったイオンがターゲットＷに注入されないようにすることができる。
【００４３】
なお、本発明は前記実施形態に限られない。例えば前記実施形態ではユーザが加速モード運転においてオペレータが加速電圧を０ｋＶとならないように制御するとともに、減速モード運転においてオペレータが引出電圧及び減速電圧を異なる電圧となるように制御しているが、オペレータがマンマシンコントローラに入力した所定のレシピに基づいて制御装置が、上記のように加速電圧、引出電圧及び減速電圧を制御するように構成しても良い。
【００４４】
その他本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４５】
１００・・・イオン注入装置
ＩＢ  ・・・イオンビーム
２    ・・・イオン源
３    ・・・質量分離マグネット（質量分離器）
４    ・・・加速管
５    ・・・エネルギー分離マグネット（エネルギー分離器）
６    ・・・走査マグネット
７    ・・・ビーム平行化マグネット
８    ・・・走査機構
９    ・・・質量分離スリット
１０  ・・・エネルギー分離スリット
１１  ・・・加速モード電源
１２  ・・・減速モード電源
１３  ・・・制御装置
１４  ・・・マンマシンコントローラ
１５  ・・・表示装置
【図１】
2012238403.tif 000005
【図２】
2012238403.tif 000006
【図３】
2012238403.tif 000007
【図４】
2012238403.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月21日(2012.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
一方、加速電圧ＶＡが０ｋＶでない場合、エネルギー分離マグネット５の磁束密度Ｂは、引出電圧ＶＥと加速電圧ＶＡの合計で決定されるエネルギーを持ったイオンがエネルギー分離スリット１０を通過できるようになっている。そのため、４０ｋＶ未満の引出電圧ＶＥと加速電圧ＶＡの合計電圧で決まるエネルギーのイオンはエネルギー分離スリット１０を通過できない。その結果、引出電極２２が放電しても、ターゲットＷまで所望以外の質量を持ったイオンは到達しない。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
この減速モード運転において引出電圧ＶＥと減速電圧ＶＤとが等しい場合、引出電極２２が放電すると、質量分離スリット９を所望以外のイオンが通過してしまう。また、エネルギー分離マグネット５の磁束密度は、減速電圧ＶＤ（＝引出電圧ＶＥ）で決定されるエネルギーを持ったイオンがエネルギー分離スリット１０を通過できるようになっているため、質量分離スリット９を通過するイオンは、エネルギー分離スリット１０も通過することになる。その結果、所望以外のイオンがターゲットＷに到達してしまう。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2012238403.tif 000009
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2012238403.tif 000010