(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ生成室を有していてそこからイオンを引出し電圧ＶE で静電的に引き出すイオン源と、このイオン源からのイオンを加速電圧ＶA で静電的に加速する加速管と、この加速管からのイオンの内の特定の運動量を有するイオンを選別して導出する運動量分離マグネットとを備え、この運動量分離マグネットから導出された目的のイオンをターゲットに入射させる構成のイオン注入装置において、
前記目的のイオンの質量数をＭI 、当該イオンの価数をＺI とし、前記イオン源の出口から前記加速管の入口までの間で発生する不純物イオンの内で着目している不純物イオンの質量数をＭC 、当該イオンの価数をＺC としたとき、ＭI ・（ＶE ＋ＶA ）／ＺI の値とＭC ・ＶA ／ＺC の値とが互いに等しい場合またはＭI ・（ＶE ＋ＶA ）／ＺI の値とＭC ・ＶA ／ＺC の値との差が前記運動量分離マグネットの分解能より小さい場合に、（ＶE ＋ＶA ）の値を一定または実質的に一定に保ちつつ、引出し電圧ＶE および加速電圧ＶA の内の一方を増加させ、他方を減少させることを特徴とするイオン注入装置の運転方法。
【請求項２】
プラズマ生成室を有していてそこからイオンを引出し電圧ＶE で静電的に引き出すイオン源と、このイオン源からのイオンを加速電圧ＶA で静電的に加速する加速管と、この加速管からのイオンの内の特定の運動量を有するイオンを選別して導出する運動量分離マグネットとを備え、この運動量分離マグネットから導出された目的のイオンをターゲットに入射させる構成のイオン注入装置において、
前記目的のイオンの質量数をＭI 、当該イオンの価数をＺI とし、前記イオン源の出口から前記加速管の入口までの間で発生する不純物イオンの内で着目している不純物イオンの質量数をＭC 、当該イオンの価数をＺC としたとき、ＭI ・（ＶE ＋ＶA ）／ＺI の値とＭC ・ＶA ／ＺC の値とが互いに等しい場合またはＭI ・（ＶE ＋ＶA ）／ＺI の値とＭC ・ＶA ／ＺC の値との差が前記運動量分離マグネットの分解能より小さい場合に、（ＶE ＋ＶA ）の値を一定または実質的に一定に保ちつつ、引出し電圧ＶE および加速電圧ＶA の内の一方を増加させ、他方を減少させる制御を行う制御装置を備えてい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】
この発明は、ターゲットに目的のイオンを入射させてイオン注入を行うイオン注入装置およびその運転方法に関し、より具体的には、目的のイオンとは質量数およびエネルギーの内の少なくとも一方が異なる不純物イオンが目的のイオンと共にターゲットに注入されることを防止する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２に、従来のイオン注入装置の一例を示す。このイオン注入装置は、プラズマ生成室４を有していてそこからイオン８を静電的に引き出すイオン源２と、このイオン源２から引き出されたイオン８から特定のイオン（このイオンは、質量数および価数で特定される）を選別して導出する質量分離マグネット１０と、この質量分離マグネット１０から導出されたイオン８を静電的に加速する加速管１２と、この加速管１２から導出されたイオン８の内の特定の運動量（この運動量は、質量およびエネルギーで特定される）を有するイオンを選別して導出する運動量分離マグネット１４とを備えていて、運動量分離マグネット１４から導出された目的のイオンだけをターゲット（例えば半導体ウェーハ等の基板）１６に入射させてイオン注入を行うように構成されている。
【０００３】
ターゲット１６は、通常は、接地電位にあるホルダ１８に保持されている。運動量分離マグネット１４とターゲット１６との間には、通常は、イオン８を走査する走査器等が設けられているが、ここではその図示を省略している。また、イオン源２の出口からホルダ１８までのイオン８の経路は、真空容器内に収納されているが、ここではその真空容器の図示は省略している。
【０００４】
イオン源２は、プラズマを生成するプラズマ生成室４と、そこからイオン８を引き出す引出し電極６とを有していて、両者間には、前者を正極側にして、直流の引出し電源２０から引出し電圧ＶE が印加され、この引出し電圧ＶE によって、プラズマ生成室４からイオン８が静電的に引き出される。
【０００５】
加速管１２は、複数段の電極１３を有していて、入口の電極１３と出口の電極１３との間には、前者を正極側にして、直流の加速電源２２から加速電圧ＶA が印加され、この加速電圧ＶA によって、イオン８は静電的に加速される。これによって、目的のエネルギーを得ることができる。
【０００６】
即ち、ターゲット１６に入射する目的のイオンのトータルのエネルギーＥT は、当該イオンの価数をＺI とした場合、次式で表される。
【０００７】
【数１】
ＥT ＝（ＶE ＋ＶA ）・ＺI     ［ｅＶ］
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記イオン注入装置においては、質量分離マグネット１０の出口から加速管１２の入口までの間における次のような現象によって、目的のイオンとは異なる不純物イオンが目的のイオンに混入する可能性がある。
【０００９】
（１）目的のイオンが残留ガスと衝突する荷電変換によって、加速管１２で加速されるエネルギーに差が生じる。例えば、２価のイオンが１価に変化すると、加速管１２で加速されるエネルギーは、加速電圧ＶA を同じとすると、２価の場合の半分になる。
【００１０】
（２）目的のイオンが分子イオンである場合、分子解離によって、目的のイオンでなくなる。例えば、ＢＦ2 イオンがＢＦイオンとＦイオンや、ＢイオンとＦイオンとに解離すると、目的のイオンでなくなる。
【００１１】
（３）イオン８の一部が前記真空容器等の装置構成部材と衝突することで、当該部材を構成する原子や分子がスパッタリングによって部材表面から飛び出し、これが不純物イオンとなる。
【００１２】
（４）イオン８の一部が前記真空容器等の装置構成部材と衝突することで、先の運転時に当該部材に付着あるいは注入されていた原子や分子がスパッタリングによって部材表面から飛び出し、これが不純物イオンとなる。
【００１３】
（５）イオン源２のプラズマ生成室４でプラズマ生成に使用するガスや蒸気がプラズマ生成室４からイオン８の経路に流出し、それが加速管１２の入口までの間でイオン化し、あるいは上記（３）や（４）の現象で発生した原子や分子と反応し、これらが不純物イオンとなる。
【００１４】
イオン注入装置において、目的のイオンとは質量数およびエネルギーの内の少なくとも一方が異なる不純物イオンが、目的のイオンと共にターゲット１６に注入されることは好ましくない。これは簡単に言えば、所望の注入特性が得られなくなるからである。
【００１５】
そのために、純度の高いイオン注入を要求される等の場合には、図２に示す例のように、質量分離マグネット１０の他に、加速管１２の後に、特定の運動量を有するイオンだけを選択的に導出する上記のような運動量分離マグネット１４を設けている。
【００１６】
この運動量分離マグネット１４を設けることによって、上記（１）および（２）の現象で発生する不純物イオンは除去することができる。これは、（１）および（２）の現象では、目的のイオンとは運動量が全く異なる不純物イオンが生成されるからである。
【００１７】
しかし、上記（３）〜（５）の現象で発生する不純物イオンの内で、次の数２の条件を満たした不純物イオンを運動量分離マグネット１４で目的のイオンから分離し除去することはできない。数２の左辺≒右辺の場合も同様である。ここで、ＭI は目的のイオンの質量数、ＺI はその価数、ＭC は着目している不純物イオンの質量数、ＺC はその価数である。ＶE およびＶA は前記のとおりである。
【００１８】
【数２】
ＭI ・（ＶE ＋ＶA ）／ＺI ＝ＭC ・ＶA ／ＺC 
【００１９】
これを説明すると、運動量分離マグネット１４におけるイオンの旋回半径Ｒは、良く知られているように、磁束密度Ｂ、イオンの全加速電圧をＶT 、質量をｍ、電荷をｑとすると、次の数３で表される。ここで、イオンの質量数をＭ、陽子の質量をｍP とすると、ｍ＝Ｍ・ｍP である。また、イオンの価数をＺ、電子素量をｅとすると、ｑ＝Ｚ・ｅである。この数３は、簡単に言えば、Ｍ・ＶT ／Ｚが同じイオンは同じ旋回半径Ｒになるということである。
【００２０】
【数３】
Ｒ＝Ｂ-1√（２ｍＶT ／ｑ）
【００２１】
従って、上記数２を満たすと、運動量分離マグネット１４におけるイオンの旋回半径は、目的のイオンと不純物イオンとで互いに同じになるので、両者を分離することはできない。その結果、運動量分離マグネット１４を設けていても、当該不純物イオンが、目的のイオンと共にターゲット１６に注入されてしまう。数２の左辺≒右辺の場合も同様である。
【００２２】
典型的なのは、目的のイオンの価数ＺI と、着目している不純物イオンの価数ＺC とが同じ場合（即ちＺI ＝ＺC の場合）であり、例えば共に１価の場合であり、その場合は上記数２は次の数４のように表すことができる。
【００２３】
【数４】
ＭI ・（ＶE ＋ＶA ）＝ＭC ・ＶA 
【００２４】
この数４の関係が満たされた条件でターゲット１６にイオン注入を行うと、不純物イオンが目的のイオンと共にターゲット１６に注入されてしまう。数４の左辺≒右辺の場合も同様である。このような注入は前述したように好ましくない。
【００２５】
質量分離マグネット１０を設けずに運動量分離マグネット１４が質量分離マグネットを兼ねる場合も考えられるけれども、その場合は、上記のような問題はより深刻になる。この場合は、質量分離マグネット１０がないので、イオン源２の出口（より具体的には引出し電極６の出口）から加速管１２の入口までの間という、上記よりも広い範囲で発生する不純物イオンが問題となるからである。
【００２６】
そこでこの発明は、上記のような目的のイオンとは質量数およびエネルギーの内の少なくとも一方が異なる不純物イオンが目的のイオンと共にターゲットに注入されることを防止することを主たる目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るイオン注入装置の運転方法は、前記数２の関係が満たされた場合に、あるいはＭI ・（ＶE ＋ＶA ）／ＺI の値とＭC ・ＶA ／ＺC の値との差が前記運動量分離マグネットの分解能より小さい場合に、（ＶE ＋ＶA ）の値を一定または実質的に一定に保ちつつ、前記引出し電圧ＶE および前記加速電圧ＶA の内の一方を増加させ、他方を減少させることを特徴としている。（ＶE ＋ＶA ）の値は一定の値に保つのがより好ましい。
【００２８】
この発明に係るイオン注入装置は、前記数２の関係が満たされた場合に、あるいはＭI ・（ＶE ＋ＶA ）／ＺI の値とＭC ・ＶA ／ＺC の値との差が前記運動量分離マグネットの分解能より小さい場合に、（ＶE ＋ＶA ）の値を一定または実質的に一定に保ちつつ、前記引出し電圧ＶE および前記加速電圧ＶA の内の一方を増加させ、他方を減少させる制御を行う制御装置を備えていることを特徴としている。（ＶE ＋ＶA ）の値は一定の値に保つのがより好ましい。
【００２９】
上記の増減させる電圧をΔＶで表すと、上記電圧調整後の前記数２は次の数５または数６となる。この数５または数６のどちらの方法を採用しても良い。
【００３０】
【数５】
ＭI ・｛（ＶE −ΔＶ）＋（ＶA ＋ΔＶ）｝／ＺI 
≠ＭC ・（ＶA ＋ΔＶ）／ＺC 
【００３１】
【数６】
ＭI ・｛（ＶE ＋ΔＶ）＋（ＶA −ΔＶ）｝／ＺI 
≠ＭC ・（ＶA −ΔＶ）／ＺC 
【００３２】
数５および数６のいずれの場合も、式の左辺の値と右辺の値とが互いに等しく無くなるので、このようにすると、前記数３の説明からも分かるように、前記運動量分離マグネットにおける目的のイオンの旋回半径と不純物イオンの旋回半径とが互いに異なるようになり、当該運動量分離マグネットによって不純物イオンを除去して、目的のイオンだけを選択的に導出して、それをターゲットに注入することができる。即ち、目的のイオンとは質量数およびエネルギーの内の少なくとも一方が異なる不純物イオンが目的のイオンと共にターゲットに注入されることを防止することができる。
【００３３】
しかも、上記のような電圧調整を行っても、前記引出し電圧ＶE と加速電圧ＶA との和である（ＶE ＋ＶA ）の値はほぼ一定に、即ち一定または実質的に一定に保つので、前記数１からも分かるように、ターゲットに入射する目的のイオンのトータルのエネルギーを変えずに済む。従って、目的のイオンによる当初のイオン注入条件を維持することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係る運転方法を実施するイオン注入装置の一例を示す概略図である。図２に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
【００３５】
このイオン注入装置においては、前記引出し電源２０および加速電源２２は出力電圧の大きさが可変である。また、この引出し電源２０および加速電源２２を制御して、引出し電源２０から出力する引出し電圧ＶE および加速電源２２から出力する加速電圧ＶA を増減させる前述したような制御を行う機能を有する制御装置２４を備えている。
【００３６】
このイオン注入装置において、ターゲット１６に対して、Ａs イオンの注入を長時間行った後に、目的のイオンをＢＦ2 イオンに変えて、ＢＦ2 イオンの注入を行う場合の一例を説明する。
【００３７】
先の長時間のＡs の使用により、前述した真空容器等の装置構成部材には、Ａs 原子やＡs 分子が多量に付着あるいは注入されている。
【００３８】
この状況で、目的のイオンとして、トータルのエネルギーが１１５ｋｅＶのＢＦ2 イオン（質量数は４９）の注入を行う場合、前記引出し電圧ＶE を４０ｋＶ、加速電圧ＶA を７５ｋＶとし、不純物イオンとして、ＢＦ2 イオンによってスパッタされたＡs イオン（質量数は７５）に着目する。両イオンの価数は、ここでは共に１とする。
【００３９】
この場合、前記数２（または数４）の左辺および右辺は、それぞれ、数７および数８となる。
【００４０】
【数７】
左辺＝ＭI ・（ＶE ＋ＶA ）＝４９×（４０＋７５）＝５６３５
【００４１】
【数８】
右辺＝ＭC ・ＶA ＝７５×７５＝５６２５
【００４２】
従って、そのままでは、数２（または数４）の左辺≒右辺となる。両辺の値の差は約０．２％であり非常に小さい。従って、運動量分離マグネット１４では７５ｋｅＶのＡs イオンを分離することができず、当該Ａs イオンが不純物イオンとして、目的の１１５ｋｅＶのＢＦ2 イオンと共にターゲット１６に注入されてしまうことになる。
【００４３】
そこでこのような場合、前述したような電圧調整を行う。例えば、前述した増減させる電圧ΔＶを１０ｋＶに設定して、引出し電圧ＶE を１０ｋＶだけ減少させて３０ｋＶに設定し、加速電圧ＶA を１０ｋＶだけ増加させて８５ｋＶに設定する。この増減の方法は先の数５の例に相当する。こうすると、前記数２（または数４）の左辺および右辺は、それぞれ、数９および数１０となる。
【００４４】
【数９】
左辺＝ＭI ・（ＶE ＋ＶA ）＝４９×（３０＋８５）＝５６３５
【００４５】
【数１０】
右辺＝ＭC ・ＶA ＝７５×８５＝６３７５
【００４６】
その結果、数２（または数４）の左辺≠右辺となる。両辺の値の差は約１２％になる。従って、運動量分離マグネット１４によって、８５ｋｅＶのＡs イオンは、目的の１１５ｋｅＶのＢＦ2 イオンから十分に分離することができる。その結果、目的のＢＦ2 イオンだけを選択的にターゲット１６に注入することができる。しかも、目的のＢＦ2 イオンのトータルのエネルギーは１１５ｋｅＶで変わらない。
【００４７】
数２（または数４）の左辺の値と右辺の値とにどの程度の差を付ければ良いかの下限は、運動量分離マグネット１４の分解能に依存し、当該分解能より差が大きくなるようにすれば良い。一例を示せば、下限は５％程度で良い。差の上限は、特になく、差が大きければ運動量分離マグネット１４での分離もより容易になるけれども、極端に大きくする必要はないので、実際上は一例を示せば５０％程度を上限と考えれば良い。
【００４８】
上記例とは反対に、引出し電圧ＶE をΔＶだけ増加させ、加速電圧ＶA をΔＶだけ減少させても良いのは前述のとおりである。この増減の方法は先の数６の例に相当する。
【００４９】
上記のように引出し電圧ＶE および加速電圧ＶA を増減させる電圧調整は、この例では上記制御装置２４による制御によって行うことができる。但し、制御装置２４を用いずに、手動設定等の他の手段によって行っても良い。
【００５０】
また、質量分離マグネット１０を設けずに運動量分離マグネット１４が質量分離マグネットを兼ねている場合にも、この発明の方法を適用することができるのは前述のとおりである。その場合は、イオン源２の出口から加速管１２の入口までの間で発生する不純物イオンを着目することになる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、運動量分離マグネットにおける目的のイオンの旋回半径と、着目している不純物イオンの旋回半径とが互いに異なるようになるので、運動量分離マグネットによって不純物イオンを除去して、目的のイオンだけを選択的に導出して、それをターゲットに注入することができる。即ち、目的のイオンとは質量数およびエネルギーの内の少なくとも一方が異なる不純物イオンが目的のイオンと共にターゲットに注入されることを防止することができる。
【００５２】
しかも、上記のような電圧調整を行っても、引出し電圧ＶE と加速電圧ＶA との和である（ＶE ＋ＶA ）の値はほぼ一定に保つので、ターゲットに入射する目的のイオンのトータルのエネルギーを変えずに済む。従って、目的のイオンによる当初のイオン注入条件を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る運転方法を実施するイオン注入装置の一例を示す概略図である。
【図２】従来のイオン注入装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
２  イオン源
４  プラズマ生成室
６  引出し電極
８  イオン
１０  質量分離マグネット
１２  加速管
１４  運動量分離マグネット
１６  ターゲット
２０  引出し電源
２２  加速電源
２４  制御装置
【図１】
0003941434.tif 000002
【図２】
0003941434.tif 000003