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JP2006140053A - Ion implantation apparatus - Google Patents

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JP2006140053A
JP2006140053A JP2004329164A JP2004329164A JP2006140053A JP 2006140053 A JP2006140053 A JP 2006140053A JP 2004329164 A JP2004329164 A JP 2004329164A JP 2004329164 A JP2004329164 A JP 2004329164A JP 2006140053 A JP2006140053 A JP 2006140053A
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JP
Japan
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magnetic pole
ion
electromagnet
scanner
implantation apparatus
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Pending
Application number
JP2004329164A
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Japanese (ja)
Inventor
Seiji Ogata
誠司 小方
Masayuki Sekiguchi
雅行 関口
Tsutomu Nishibashi
勉 西橋
Kazuhiko Tonari
嘉津彦 隣
Hidekazu Yokoo
秀和 横尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
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Publication date
Application filed by Ulvac Inc filed Critical Ulvac Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion implantation apparatus that enables easy adjustment of the parallelism of an ion beam, mainly when the ion beam is made incident on a substrate. <P>SOLUTION: The ion implantation apparatus comprises an inter-pole distance control mechanism 20 capable of changing one or both of an inner inter-pole distance Di and an outer inter-pole distance Do of a parallelizing electromagnet 10. The inter-pole distance control mechanism 20 comprises: a cylindrical rotating shaft 22 provided at a joint, between an upper pole 12 and a lower pole 14 of the parallelizing electromagnet 10 so that the upper pole 12 is pivotally rotatable, with respect to the lower pole 14; and a bolt 24 that joints the upper pole 12 and the lower pole 14 of the parallelizing electromagnet 10 to each other, and that makes the inter-pole distances Di and Do adjustable. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、イオン注入装置に係り、特に、基板に入射する際のイオンビームの平行度調整が容易なイオン注入装置、及び、走査器の偏心中心と平行化電磁石の焦点位置がずれた場合でも容易に調整可能なイオン注入装置に関する。   The present invention relates to an ion implantation apparatus, and in particular, an ion implantation apparatus that can easily adjust the parallelism of an ion beam when incident on a substrate, and even when the eccentric center of a scanner and the focal position of a collimating electromagnet deviate from each other. The present invention relates to an easily adjustable ion implantation apparatus.

イオン源からのイオンを所望のエネルギーに加速又は減速し、半導体等の固体表面に注入する種々のタイプのイオン注入装置が実用に供されている(特許文献1参照)。
以下、従来のイオン注入装置の一例について、図8を用いて説明する。
図8は、従来のイオン注入装置の概略構成を示す平面図である。
Various types of ion implantation apparatuses for accelerating or decelerating ions from an ion source to a desired energy and injecting the ions into a solid surface such as a semiconductor have been put to practical use (see Patent Document 1).
Hereinafter, an example of a conventional ion implantation apparatus will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is a plan view showing a schematic configuration of a conventional ion implantation apparatus.

イオン注入装置100の主要構成は、図8に示すように、イオン源110、質量分離器120、質量分離スリット130、加減速管140、四重極レンズ150、走査器160、平行化装置170である。
なお、同図中、180は、図示しないエンドステーションに配置されたイオンを注入するターゲットとなる基板である。
また、BMは、中心軸(以下、「光軸」ともいう)を中心に進行するイオンであるが、以下、「イオンビーム」又は「ビーム」という場合がある。
As shown in FIG. 8, the main configuration of the ion implantation apparatus 100 includes an ion source 110, a mass separator 120, a mass separation slit 130, an acceleration / deceleration tube 140, a quadrupole lens 150, a scanner 160, and a collimator 170. is there.
In the figure, reference numeral 180 denotes a substrate serving as a target for implanting ions arranged in an end station (not shown).
The BM is an ion that travels around a central axis (hereinafter also referred to as an “optical axis”), but may be referred to as an “ion beam” or “beam” hereinafter.

以下、イオン注入装置100の上記各主要構成について、順次、補足説明する。
先ず、イオン源110は、原子や分子から電子を剥ぎ取ってイオンを生成する装置であり、図示しない引き出し口に高電圧を印加して、イオン源110内のイオンを引き出す。
In the following, supplementary explanation will be given sequentially on each of the main components of the ion implantation apparatus 100.
First, the ion source 110 is an apparatus that generates ions by stripping electrons from atoms and molecules, and draws out ions in the ion source 110 by applying a high voltage to a drawing port (not shown).

質量分離器120は、イオンや電子等の荷電粒子が磁場又は電場中で偏向される性質を利用して、磁場、或いは、電場、又は、その双方を発生して、基板180に注入したいイオン種を特定するための装置である。
図8では、磁場の作用によりイオンBMを選定するタイプの質量分離器120で図示されている。
The mass separator 120 generates a magnetic field and / or an electric field by utilizing the property that charged particles such as ions and electrons are deflected in the magnetic field or electric field, and the ion species to be injected into the substrate 180. It is a device for specifying.
FIG. 8 shows a mass separator 120 of a type that selects ions BM by the action of a magnetic field.

加減速管140は、質量分離スリット130を通過した所望のイオン種を加速又は減速する装置であるが、図8に示すように、通常は軸対象で、複数の電極を等間隔に並べ、それらの電極に等しい高電圧を印加して、静電界の作用により、イオンビームBMを所望の注入エネルギーに加速又は減速する。
なお、加減速管140を軸対称の構造とするのは、製作が容易となるためである。
The acceleration / deceleration tube 140 is a device for accelerating or decelerating a desired ion species that has passed through the mass separation slit 130, but as shown in FIG. By applying an equal high voltage to the electrodes, the ion beam BM is accelerated or decelerated to a desired implantation energy by the action of an electrostatic field.
The reason why the accelerating / decelerating tube 140 has an axisymmetric structure is that manufacture is easy.

四重極レンズ150は、イオンビームBMの基板180上でのビームスポット形状を調整するために、図8に示すように、加減速管140と走査器160との間に設置される場合が多い。
四重極レンズ150は、光学上の凸レンズが光を収束するのと同様に、イオンビームBMがその進行方向に対して垂直な平面において収束させる機能を有する。
The quadrupole lens 150 is often installed between the acceleration / deceleration tube 140 and the scanner 160 as shown in FIG. 8 in order to adjust the beam spot shape of the ion beam BM on the substrate 180. .
The quadrupole lens 150 has a function of converging the ion beam BM in a plane perpendicular to the traveling direction thereof, similarly to the case where the optical convex lens converges light.

走査器160は、イオンビームBMの進行方向と直交する方向に一様な外部電界を発生させ、この電界の極性や強度を変化させることにより、イオンの偏向角度を制御し、図8に示すように、基板180の注入面の所望の位置にイオンBMを走査し、均一に注入する。
図8に示すものでは、1kHz程度の高速で走査されている。
The scanner 160 generates a uniform external electric field in a direction orthogonal to the traveling direction of the ion beam BM, and controls the ion deflection angle by changing the polarity and intensity of the electric field, as shown in FIG. Then, the ions BM are scanned at a desired position on the implantation surface of the substrate 180 to be uniformly implanted.
In the case shown in FIG. 8, scanning is performed at a high speed of about 1 kHz.

平行化装置170は、荷電粒子であるイオンBMが磁場中で偏向される性質を利用して、イオンビームBMを構成する各イオンの経路の違いによって、ビームの広がりを抑えて、ビームBMを基板180に平行に入射させる電磁石である。
従って、以下、「平行化装置」を「平行化電磁石」という場合がある。
The collimator 170 utilizes the property that ions BM, which are charged particles, are deflected in a magnetic field, and suppresses the spread of the beam by the difference in the path of each ion constituting the ion beam BM, thereby forming the beam BM as a substrate. 180 is an electromagnet incident in parallel to 180.
Therefore, hereinafter, the “parallelizing device” may be referred to as “parallelizing electromagnet”.

この平行化装置170について、図8及び図9を用いて補足説明する。
図9は、平行化装置170の断面図である。
平行化装置170の主要構成は、図8及び図9に示すように、主として、上部磁極172、下部磁極174、励磁コイル176から構成される。
また、上部、下部磁極172、174の平面形状は扇形であり、断面形状は、図9に示すように、上部、下部磁極172、174間のギャップ形状がH字であるH型電磁石である。
The collimating device 170 will be supplementarily described with reference to FIGS.
FIG. 9 is a cross-sectional view of the parallelizing device 170.
As shown in FIGS. 8 and 9, the main configuration of the parallelizing device 170 mainly includes an upper magnetic pole 172, a lower magnetic pole 174, and an exciting coil 176.
Moreover, the planar shape of the upper and lower magnetic poles 172 and 174 is a sector shape, and the cross-sectional shape is an H-type electromagnet having a H-shaped gap between the upper and lower magnetic poles 172 and 174 as shown in FIG.

次に、この平行化装置170の基本動作を説明する。
一般に、図8に示す平行化電磁石170のような扇形電磁石は、イオンビームBMを収束させる収束レンズ作用を持つ。
そこで、扇形電磁石である平行化装置170の焦点位置が、走査器160の偏向中心に一致するように配置することにより、平行化装置170を通過したイオンビームは走査器160での走査角度に依存せずに一定の角度になる。
従って、走査器160の下流側に平行化装置170を、上記した位置関係となるように配置することにより、イオンビームBMをスキャンさせても、平行に基板180に注入することができる。
Next, the basic operation of the collimator 170 will be described.
In general, a sector electromagnet such as the collimating electromagnet 170 shown in FIG. 8 has a converging lens function for converging the ion beam BM.
Therefore, the ion beam that has passed through the collimator 170 depends on the scanning angle of the scanner 160 by arranging the collimator 170, which is a sector electromagnet, so that the focal position of the collimator 170 coincides with the deflection center of the scanner 160. Without a certain angle.
Therefore, by disposing the collimator 170 on the downstream side of the scanner 160 so as to have the above-described positional relationship, even if the ion beam BM is scanned, it can be injected into the substrate 180 in parallel.

以上の構成において、次に、従来のイオン注入装置100の基本動作を図8を用いて説明する。
従来のイオン注入装置100では、基板180のイオンBMの注入面全面に渡って一様な密度で所定のイオン種を所定のエネルギーでイオン注入を行うために、イオン源110から所定のエネルギーで引き出されたイオンビームBMは、質量分離器120で偏向され、質量分離スリット130で所定のイオン種のみが選別される。
Next, the basic operation of the conventional ion implantation apparatus 100 will be described with reference to FIG.
In the conventional ion implantation apparatus 100, in order to perform ion implantation with a predetermined energy at a uniform density over the entire surface of the ion BM implantation surface of the substrate 180, a predetermined energy is extracted from the ion source 110. The ion beam BM thus deflected is deflected by the mass separator 120, and only predetermined ion species are sorted by the mass separation slit 130.

選別されたイオンビームBMは加減速管140で、所望のエネルギーに加速又は減速され、上述したように、1kHz程度の周期の外部電界を走査器160に印加し、更に、平行化装置170により平行化された後に、基板180の走査面に走査される。
なお、上記では、外部電界によりイオンビームBMをスキャンする静電タイプの走査器160を取り上げたが、走査器160には静電タイプの代わりに磁気タイプのものが用いられる場合がある。
The selected ion beam BM is accelerated or decelerated to a desired energy by the acceleration / deceleration tube 140, and as described above, an external electric field having a period of about 1 kHz is applied to the scanner 160, and further, parallelized by the collimator 170. Then, the scanning surface of the substrate 180 is scanned.
In the above description, the electrostatic type scanner 160 that scans the ion beam BM with an external electric field is taken up. However, the scanner 160 may be a magnetic type instead of the electrostatic type.

イオンBMが固体中に入り込む深さは、イオンBMのエネルギーで正確に制御できるので、例えば、イオン注入装置100の立ち上げ時等で、イオンビームのドーズ量分布をモニタリングすることにより、基板180の注入面にイオンビームBMを走査することにより所望のイオン種の均一なイオン注入処理が容易に行える。   The depth at which the ion BM enters the solid can be accurately controlled by the energy of the ion BM. For example, when the ion implantation apparatus 100 is started up, the dose distribution of the ion beam is monitored. By scanning the implantation surface with the ion beam BM, uniform ion implantation processing of a desired ion species can be easily performed.

特開平8−213339号JP-A-8-213339 T.Nishihashi et al. Proceedings of 1998 Int. Conf. on Ion Implantation Technology, (1999)150-T. Nishihashi et al. Proceedings of 1998 Int. Conf. On Ion Implantation Technology, (1999) 150-

ところで、半導体デバイスの微細化に伴い、イオン注入装置においても、基板に注入されるイオンビームの平行度に対する要求がますます厳しくなっている。
具体的には、基板全面に渡って±0.1°程度の平行度を維持することが望ましい。
By the way, with miniaturization of semiconductor devices, demands on the parallelism of ion beams injected into a substrate are becoming stricter in ion implantation apparatuses.
Specifically, it is desirable to maintain a parallelism of about ± 0.1 ° over the entire surface of the substrate.

一方、電磁石の磁場分布の形状は、電磁石を構成する磁極の形状とは若干異なるが、このことを図8を用いて補足説明する。
平行化電磁石170のような電磁石のイオンビームBMの軸方向の磁場分布は、イオンビームBMの入射側磁極端面170aで急に設計磁場強度に立ち上がり、出射側磁極端面170bで、急に0に立ち下がるのではなく、磁極端面170a、170b近傍内側からなだらかに設計値から0に収束するテール状の漏洩磁場を持つ形状である。
On the other hand, the shape of the magnetic field distribution of the electromagnet is slightly different from the shape of the magnetic pole constituting the electromagnet, but this will be supplementarily explained with reference to FIG.
The magnetic field distribution in the axial direction of the ion beam BM of an electromagnet such as the parallel electromagnet 170 suddenly rises to the design magnetic field strength at the incident side magnetic pole end surface 170a of the ion beam BM, and suddenly reaches zero at the emission side magnetic pole end surface 170b. Rather than being lowered, the shape has a tail-like leakage magnetic field that converges gently from the design value to 0 from the inside near the magnetic pole end faces 170a and 170b.

また、一般に、電磁石の磁極やヨークを構成する純鉄などの磁性材料の透磁率が、特に、磁気飽和を起こす近傍で非線形特性を持つために、磁場の強さによっても上記した磁場分布の形状が若干異なる場合もある。   In general, the magnetic permeability of the magnetic material such as pure iron constituting the magnetic poles and yokes of the electromagnet has a non-linear characteristic particularly in the vicinity of the magnetic saturation, so that the shape of the magnetic field distribution described above also depends on the strength of the magnetic field. May be slightly different.

従って、これらの理由により、平行化装置170において、磁極端面170a、170bにおける有効端面が設計値と異なり、走査器160の偏向中心と平行化装置170の焦点が設計値と若干ずれる可能性がある。   Therefore, for these reasons, in the collimator 170, the effective end surfaces of the magnetic pole end surfaces 170a and 170b are different from the design values, and the deflection center of the scanner 160 and the focus of the collimator 170 may slightly deviate from the design values. .

ここで、上記した「有効端面」について補足説明をする。
上述したように、電磁石は磁極端面で漏洩磁場を持つが、ビームラインの設計段階では、この漏洩磁場の形状を考慮して補正した実効的な磁場の端面を算出して、電磁石の磁場は、入射側有効端面から設計磁場強度に立ち上がり、出射側有効端面で0に立ち下がり、有効端面間では一様磁場であるという矩形の等価の磁場形状に近似する。
こうすると、一様磁場中では、荷電粒子は円軌道又は円弧軌道を描くことは良く知られているので、イオンビームBMの電磁石入出射前後の軌道は、電磁石中の一様磁場に入射するまでは直線になり、電磁石中では円弧となり、イオンビームBMの軌道解析が非常に簡単になる。
Here, the above-mentioned “effective end face” will be supplementarily described.
As described above, the electromagnet has a leakage magnetic field at the magnetic pole end face, but at the design stage of the beam line, an effective magnetic end face corrected in consideration of the shape of the leakage magnetic field is calculated. It approximates a rectangular equivalent magnetic field shape that rises from the incident-side effective end face to the designed magnetic field intensity, falls to 0 at the outgoing-side effective end face, and is a uniform magnetic field between the effective end faces.
In this way, since it is well known that charged particles draw a circular or circular orbit in a uniform magnetic field, the trajectory before and after the entrance / exit of the ion beam BM in the electromagnet enters the uniform magnetic field in the electromagnet. Becomes a straight line and a circular arc in the electromagnet, and the trajectory analysis of the ion beam BM becomes very simple.

ところで、上記したように、従来のイオン注入装置100では、平行化装置170を通過した後のイオンビームBMの角度が走査角度によってよって若干異なり、基板180上の位置によって注入角度が変化してしまうという問題がある。
この平行化装置170の有効端面が設計値と異なったり、磁場の強度が変化したりすることによって、平行化装置170を通過したイオンビームが平行でなくなってしまう従来装置の問題を図10を用いて説明する。
図10は、従来のイオン注入装置100において、平行化装置170を通過したイオンビームBMが平行でなくなってしまう問題を説明するための平面図である。
Incidentally, as described above, in the conventional ion implantation apparatus 100, the angle of the ion beam BM after passing through the collimating apparatus 170 varies slightly depending on the scanning angle, and the implantation angle changes depending on the position on the substrate 180. There is a problem.
The problem of the conventional apparatus in which the ion beam that has passed through the collimator 170 becomes non-parallel due to the fact that the effective end face of the collimator 170 is different from the design value or the strength of the magnetic field is changed is shown in FIG. I will explain.
FIG. 10 is a plan view for explaining the problem that the ion beam BM that has passed through the collimator 170 becomes non-parallel in the conventional ion implanter 100.

図10に示すように、平行化装置170において、イオンビームBMの入射側の有効端面の設計値をA1、出射側の有効端面の設計値をB1とする。
一方、入射側の実際の有効端面をA2、出射側の実際の有効端面をB2とし、走査器160における偏向中心をCとする。
As shown in FIG. 10, in the collimator 170, the design value of the effective end face on the incident side of the ion beam BM is A1, and the design value of the effective end face on the exit side is B1.
On the other hand, the actual effective end face on the incident side is A2, the actual effective end face on the exit side is B2, and the deflection center in the scanner 160 is C.

なお、以下、平行化電磁石170の作る磁場は、上記した通り、設計値では、入射側の有効端面A1から設計磁場強度に立ち上がり、出射側の有効端面B1から0に立ち下がり、入射側の有効端面A1から出射側の有効端面B1の間は設計された一様磁場であるという近似を行う。
また、実際上の有効端面A2、B2における磁場についても同様の近似を行う。
Hereinafter, as described above, the magnetic field generated by the collimating electromagnet 170 rises from the incident-side effective end face A1 to the design magnetic field strength and falls from the exit-side effective end face B1 to 0, and is incident-side effective. An approximation that the designed uniform magnetic field is applied between the end face A1 and the effective end face B1 on the emission side is performed.
The same approximation is performed for the magnetic fields on the effective end faces A2 and B2 in practice.

このようにすると、入射側の有効端面A1から出射側の有効端面B1までは、イオンビームは円弧軌道を描くと見なすことができるので、平行化電磁石170が作るイオンビームBMの軌道は、設計上では、基板180の中央に到達させるイオンビームBMの軌道は実線K1のようになり、走査器160で外側に偏向されたイオンビームBMの軌道は実線K2のようになるはずである。   In this way, since the ion beam can be regarded as a circular arc trajectory from the effective end surface A1 on the incident side to the effective end surface B1 on the exit side, the trajectory of the ion beam BM created by the collimating electromagnet 170 is designed. Then, the trajectory of the ion beam BM reaching the center of the substrate 180 should be a solid line K1, and the trajectory of the ion beam BM deflected outward by the scanner 160 should be a solid line K2.

しかし、有効端面が、上述した理由などにより、有効端面A2、B2のように変化した場合、基板180の中央に到達させるイオンビームBMの軌道は破線K3のようになり、走査器160で外側に偏向されたイオンビームBMの軌道は破線K4のようになる。
即ち、従来のイオン注入装置100では、平行化電磁石170を通過した後のイオンビームの角度が、走査器160による走査角度に依存して変化してしまうことが示される。
However, when the effective end face changes like the effective end faces A2 and B2 due to the reasons described above, the trajectory of the ion beam BM reaching the center of the substrate 180 becomes as indicated by the broken line K3 and is moved outward by the scanner 160. The trajectory of the deflected ion beam BM is as shown by a broken line K4.
That is, in the conventional ion implantation apparatus 100, it is shown that the angle of the ion beam after passing through the collimating electromagnet 170 changes depending on the scanning angle by the scanner 160.

ところで、平行化電磁石170の入射部及び出射部の端面170a、170bは、基板180の中央に到達させるイオンビームBMに対して斜めの角度を持たせたり曲線としたりする(図8では斜め入出射)。
しかし、ここでは、以下、具体的には数値を検討するに当たり、簡単のために平行化電磁石170の入射部及び出射部の端面170a、170bは、基板180の中央に到達させるイオンビームBMに対して垂直であるとし、かつ、線形光学理論で考える。
By the way, the end surfaces 170a and 170b of the incident part and the emission part of the collimating electromagnet 170 are inclined or curved with respect to the ion beam BM reaching the center of the substrate 180 (in FIG. ).
However, here, for the sake of simplification, in the following, for the sake of simplicity, the incident surface of the collimating electromagnet 170 and the end surfaces 170a and 170b of the output portion of the collimating electromagnet 170 are compared with the ion beam BM that reaches the center of the substrate 180. It is considered to be vertical and is considered by linear optical theory.

平行化電磁石170における基板180の中央に到達させるイオンビームの偏向角をθ、イオンビームの旋回半径をR、走査器160の偏向中心Cと平行化電磁石170の有効端面A1までの距離をLとし、走査器160を通過後のイオンビームが基板180中央に到達させるイオンビームBMとなす角をδ1とすると、平行化電磁石170を通過後のイオンビームBMが基板180の中央に到達させるイオンビームとなす角δ2は、次式(1)で与えられる。

Figure 2006140053
The deflection angle of the ion beam reaching the center of the substrate 180 in the collimating electromagnet 170 is θ, the turning radius of the ion beam is R, and the distance from the deflection center C of the scanner 160 to the effective end face A1 of the collimating electromagnet 170 is L. If the angle formed by the ion beam BM that passes through the scanner 160 and the ion beam BM that reaches the center of the substrate 180 is δ1, the ion beam BM that passes through the collimating electromagnet 170 reaches the center of the substrate 180 and The formed angle δ2 is given by the following equation (1).
Figure 2006140053

従って、例えば、平行化電磁石170の偏向角θを60°、旋回半径Rを0.8mとすると、走査器160の偏向中心Cと有効端面A1との距離Lが、0.461mであれば、平行化電磁石170を通過後の角度δ2は、走査器160を通過後の角度δ2に依存せずに常に0°である。   Therefore, for example, when the deflection angle θ of the collimating electromagnet 170 is 60 ° and the turning radius R is 0.8 m, if the distance L between the deflection center C of the scanner 160 and the effective end surface A1 is 0.461 m, The angle δ2 after passing through the collimating electromagnet 170 is always 0 ° without depending on the angle δ2 after passing through the scanner 160.

しかし、有効端面A2、B2が入射側および出射側でそれぞれΔL=50mm広がったとする。
この場合、平行化電磁石170での基板180の中央に到達させるイオンビームBMの偏向角θが設計値と一致するためには、平行化電磁石170での旋回半径R´は、

R´=R+2ΔL/θ ・・・ (2)

とする必要があるため、R´=0.895mとなる。
However, it is assumed that the effective end faces A2 and B2 spread by ΔL = 50 mm on the incident side and the emission side, respectively.
In this case, in order for the deflection angle θ of the ion beam BM to reach the center of the substrate 180 in the collimating electromagnet 170 to coincide with the design value, the turning radius R ′ in the collimating electromagnet 170 is

R ′ = R + 2ΔL / θ (2)

Therefore, R ′ = 0.895m.

また、偏向中心と有効端面との距離は、
L´=L−ΔL
となるため、L´=0.411mとなる。
この結果、走査器160を通過後の角度が5°のイオンビームは、平行化電磁石170を通過後の角度が0.5°となってしまい、上記した平行度に対する要求の上限に到達してしまう。
The distance between the deflection center and the effective end face is
L ′ = L−ΔL
Therefore, L ′ = 0.411 m.
As a result, the ion beam having an angle of 5 ° after passing through the scanner 160 has an angle of 0.5 ° after passing through the collimating electromagnet 170, reaching the upper limit of the requirement for parallelism described above. End up.

このように、従来のイオン注入装置100では、平行化電磁石170の実際の有効端面A2、B2が、設計値の有効端面A1、B1と異なるなどの理由で、基板180に入射するイオンビームの角度が基板180上の位置によって変化してしまうという問題があった。   As described above, in the conventional ion implantation apparatus 100, the angle of the ion beam incident on the substrate 180 because the actual effective end faces A 2 and B 2 of the collimating electromagnet 170 are different from the effective end faces A 1 and B 1 of the design value. However, there is a problem that the distance varies depending on the position on the substrate 180.

また、従来のイオン注入装置100では、図9に示すように、平行化電磁石170を一旦製作してしまうと、励磁コイル176の励磁電流量で、イオンビームBMのイオン種やエネルギーに合わせて磁場の強度を調整する機能を有するのみであり、例えば、径方向での磁場強度分布を調整する機能を一切有さず、有効端面がずれた場合には何ら対応できないという問題を備えていた。   Further, in the conventional ion implantation apparatus 100, as shown in FIG. 9, once the collimating electromagnet 170 is manufactured, the magnetic field in accordance with the ion type and energy of the ion beam BM is obtained with the exciting current amount of the exciting coil 176. For example, there is no function to adjust the magnetic field strength distribution in the radial direction, and there is a problem that no action can be taken when the effective end face is displaced.

更に、従来のイオン注入装置100では、図8に示すように、走査器160を一旦ビームライン中に設置してしまうと、上記した理由等で平行化電磁石170の有効端面がずれ、これにより走査器160の偏心中心と平行化電磁石170の焦点位置がずれた場合に、何ら対応できないという問題も備えていた。   Further, in the conventional ion implantation apparatus 100, as shown in FIG. 8, once the scanner 160 is installed in the beam line, the effective end face of the collimating electromagnet 170 is displaced due to the above-described reason, and thus scanning is performed. There is also a problem that it is impossible to cope with the case where the center of eccentricity of the vessel 160 is deviated from the focal position of the parallel electromagnet 170.

本発明は、上記従来の課題を解決し、基板に入射する際のイオンビームの平行度調整が容易なイオン注入装置、及び、走査器の偏心中心と平行化電磁石の焦点位置がずれた場合でも容易に調整可能なイオン注入装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and an ion implantation apparatus that can easily adjust the parallelism of an ion beam when incident on a substrate, and even when the eccentric center of the scanner is out of focus with the collimating electromagnet. An object of the present invention is to provide an ion implantation apparatus that can be easily adjusted.

本発明のイオン注入装置は、請求項1に記載のものでは、イオンを生成するイオン源からイオンを引き出し、質量分離器により所望のイオン種を選定し、加減速管によりこのイオン種を所望のエネルギーに加速又は減速し、平行化電磁石により前記イオンを平行化して、半導体ウェーハ等の基板の注入面に前記所望のイオンを注入するイオン注入装置において、前記平行化電磁石の内側磁極間隔及び外側磁極間隔の一方又は両方を変更可能とする磁極間隔制御機構を有し、前記平行化電磁石の磁極間磁場強度分布が調整可能である構成とした。   In the ion implantation apparatus according to the first aspect of the present invention, ions are extracted from an ion source that generates ions, a desired ion species is selected by a mass separator, and the desired ion species is obtained by an acceleration / deceleration tube. In an ion implantation apparatus that accelerates or decelerates to energy, collimates the ions with a collimating electromagnet, and implants the desired ions into an implantation surface of a substrate such as a semiconductor wafer, an inner magnetic pole interval and an outer magnetic pole of the collimating electromagnet A magnetic pole spacing control mechanism that can change one or both of the spacings is provided, and the magnetic field strength distribution between the magnetic poles of the parallelizing electromagnet can be adjusted.

請求項2に記載のイオン注入装置は、前記平行化電磁石の内側磁極間隔及び外側磁極間隔の一方又は両方を変更可能とする磁極間隔制御機構は、前記平行化電磁石の上部磁極と下部磁極との接合部に、前記上部磁極が前記下部磁極に対して軸回転可能となるように設けられた円筒状の回転軸と、前記平行化電磁石の上部磁極と下部磁極とを接合すると共に磁極間距離を調整可能とする1又は2以上のボルトとを備えている構成とした。   The ion implantation apparatus according to claim 2, wherein a magnetic pole interval control mechanism that can change one or both of the inner magnetic pole interval and the outer magnetic pole interval of the parallelizing electromagnet includes an upper magnetic pole and a lower magnetic pole of the parallelizing electromagnet. A cylindrical rotating shaft provided so that the upper magnetic pole can be axially rotated with respect to the lower magnetic pole and an upper magnetic pole and a lower magnetic pole of the parallelizing electromagnet are joined to the joint, and a distance between the magnetic poles is increased. It was set as the structure provided with the 1 or 2 or more volt | bolt which can be adjusted.

請求項3に記載のイオン注入装置は、イオンを生成するイオン源からイオンを引き出し、質量分離器により所望のイオン種を選定し、加減速管によりこのイオン種を所望のエネルギーに加速又は減速し、走査器により走査すると共に、平行化電磁石により前記イオンを平行化して、半導体ウェーハ等の基板の注入面に前記所望のイオンを注入するイオン注入装置において、前記走査器の軸方向位置が、変更可能となる位置制御機構を有し、前記走査器の偏向中心位置が調整可能である構成とした。   The ion implantation apparatus according to claim 3 extracts ions from an ion source that generates ions, selects a desired ion species by a mass separator, and accelerates or decelerates the ion species to a desired energy by an acceleration / deceleration tube. In an ion implanter that scans with a scanner and collimates the ions with a collimating electromagnet and implants the desired ions into the implantation surface of a substrate such as a semiconductor wafer, the axial position of the scanner is changed. A position control mechanism that can be used is provided, and the deflection center position of the scanner can be adjusted.

請求項4に記載のイオン注入装置は、前記走査器の軸方向位置が変更可能となる位置制御機構は、イオンビームの中心軸方向に平行に配置される1又は2以上のレールと、前記走査器を載置すると共に前記レール上を移動可能となる可動体と、前記可動体を前記レールの所望の位置に固定する固定具とを備えた構成とした。   The ion implantation apparatus according to claim 4, wherein the position control mechanism capable of changing the axial position of the scanner includes one or more rails arranged in parallel to a central axis direction of the ion beam, and the scanning. And a movable body that can be moved on the rail and a fixture that fixes the movable body to a desired position of the rail.

請求項5に記載のイオン注入装置は、前記走査器の軸方向位置が変更可能となる位置制御機構は、イオンビームの中心軸方向に平行に配置される1又は2以上のレールと、前記走査器を載置すると共に前記レール上を移動可能となる可動体と、前記イオンの中心軸方向に平行に配置されると共に前記可動体を位置制御するボールネジとを備えた構成とした。   The ion implantation apparatus according to claim 5, wherein a position control mechanism capable of changing an axial position of the scanner includes one or more rails arranged in parallel to a central axis direction of the ion beam, and the scanning. And a movable body that can move on the rail and a ball screw that is arranged in parallel to the central axis direction of the ions and that controls the position of the movable body.

本発明のイオン注入装置は、上述のように構成したために、以下のような優れた効果を有する。
(1)請求項1に記載したように構成すると、平行化電磁石を一旦製作した後でも、イオンビームの平行度を容易に調整することができる。
Since the ion implantation apparatus of the present invention is configured as described above, it has the following excellent effects.
(1) If comprised as described in Claim 1, even after once producing the parallelizing electromagnet, the parallelism of an ion beam can be adjusted easily.

(2)請求項2に記載したように構成すると、簡単な構成の磁極間隔制御装置とすることができる。 (2) When configured as described in claim 2, a magnetic pole spacing control device having a simple configuration can be obtained.

(3)請求項3に記載したように構成すると、一旦ビームライン上に走査器を配置した後でも、走査器の偏向中心の軸方向位置を容易に調整することができる。 (3) With the configuration described in claim 3, the axial position of the deflection center of the scanner can be easily adjusted even after the scanner is once arranged on the beam line.

(4)請求項4に記載したように構成すると、簡単な構成の位置制御装置とすることができる。 (4) When configured as described in claim 4, a position control device having a simple configuration can be provided.

(5)請求項5に記載したように構成すると、簡単な構成の位置制御装置とすることができるほか、遠隔操作で、リアルタイムで走査器の偏向中心を調整することが容易になる。 (5) With the configuration as described in claim 5, it is possible to provide a position control device with a simple configuration and to easily adjust the deflection center of the scanner in real time by remote control.

本発明のイオン注入装置の第1乃び第2の各実施の形態について、図1乃至図7を用いて、順次説明する。
第1の実施の形態:
先ず、本発明のイオン注入装置の第1の実施の形態について、図1乃至図3を用い、図8を参照して説明する。
First and second embodiments of the ion implantation apparatus of the present invention will be described in sequence with reference to FIGS.
First embodiment:
First, a first embodiment of an ion implantation apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 and FIG.

図1は、本発明のイオン注入装置の第1の実施の形態に用いる平行化電磁石の主要構成を示す断面図である。
図2は、本発明のイオン注入装置の第1の実施の形態に用いる平行化電磁石の基本動作を説明するための断面図である。
図3は、本発明のイオン注入装置の第1の実施の形態に用いる平行化電磁石の基本動作を説明するための平面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing the main configuration of a parallelizing electromagnet used in the first embodiment of the ion implantation apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the basic operation of the collimating electromagnet used in the first embodiment of the ion implantation apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a plan view for explaining the basic operation of the parallelizing electromagnet used in the first embodiment of the ion implantation apparatus of the present invention.

先ず、本実施の形態のイオン注入装置の基本構成について説明する。
本実施の形態のイオン注入装置の特徴は、図8に示す従来のイオン注入装置100において、平行化装置170を改良した点にある。
従って、以下、本実施の形態のイオン注入装置に用いる平行化装置を中心に説明し、それ以外の各構成については、図8に示す従来のイオン注入装置100と同一の構成であり、その説明については割愛するものとする。
First, the basic configuration of the ion implantation apparatus of the present embodiment will be described.
A feature of the ion implantation apparatus of the present embodiment is that the parallelization apparatus 170 is improved in the conventional ion implantation apparatus 100 shown in FIG.
Accordingly, the following description will focus on the parallelizing device used in the ion implantation apparatus of the present embodiment, and the other components are the same as those of the conventional ion implantation apparatus 100 shown in FIG. Will be omitted.

先ず、本実施の形態のイオン注入装置に用いる平行化電磁石10の基本構成について説明する。
本実施の形態の平行化電磁石10は、図1に示すように、上部磁極12、下部磁極14、励磁コイル30を具備すると共に、平行化電磁石10の内側磁極間隔Di、外側磁極間隔Doが変更可能となる磁極間隔制御機構20を有したことに特徴がある。
また、図1は、平行化電磁石10を上流側から眺めた断面図であり、左側が走査器160で平行化電磁石10の外側に偏向されたイオンビームBMが通過する領域、即ち、外側磁極16を表し、右側が内側磁極18を表すものとする。
なお、図1に示すようなH型電磁石10では、外側磁極16と内側磁極18との明確な境界はないが、中心より左側を外側磁極16、中心より右側を内側磁極18とするものとする。
First, the basic configuration of the parallelizing electromagnet 10 used in the ion implantation apparatus of the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, the parallelizing electromagnet 10 of the present embodiment includes an upper magnetic pole 12, a lower magnetic pole 14, and an excitation coil 30, and the inner magnetic pole interval Di and the outer magnetic pole interval Do of the parallelizing electromagnet 10 are changed. It is characterized by having a magnetic pole spacing control mechanism 20 that can be used.
FIG. 1 is a cross-sectional view of the collimating electromagnet 10 viewed from the upstream side. The left side is a region through which the ion beam BM deflected to the outside of the collimating electromagnet 10 by the scanner 160 passes, that is, the outer magnetic pole 16. And the right side represents the inner magnetic pole 18.
In the H-type electromagnet 10 as shown in FIG. 1, there is no clear boundary between the outer magnetic pole 16 and the inner magnetic pole 18, but the left side from the center is the outer magnetic pole 16, and the right side from the center is the inner magnetic pole 18. .

また、当該磁極間隔制御機構20は、平行化電磁石10の上部磁極12と下部磁極14との接合部に、上部磁極12が下部磁極14に対して軸回転可能となるように設けられた円筒状の回転軸22と、上部磁極12と下部磁極14とを接合すると共に磁極間距離Di、Doが調整可能とする1又は2以上(図示のものは2)のボルト24とを備えている。
また、図1に示すように、上部磁極12と下部磁極14との接合面の左右両端部は、磁極間距離Di、Doの調整が容易になるために、数度の角度のテーパーが設けられている。
Further, the magnetic pole spacing control mechanism 20 is a cylindrical shape that is provided at the joint between the upper magnetic pole 12 and the lower magnetic pole 14 of the parallelizing electromagnet 10 so that the upper magnetic pole 12 can rotate about the lower magnetic pole 14. The rotary shaft 22 and the upper magnetic pole 12 and the lower magnetic pole 14 are joined, and one or more (2 in the drawing) bolts 24 that can adjust the distances Di and Do between the magnetic poles.
Further, as shown in FIG. 1, the left and right end portions of the joint surface between the upper magnetic pole 12 and the lower magnetic pole 14 are provided with a taper having an angle of several degrees in order to easily adjust the distances Di and Do between the magnetic poles. ing.

次に、本実施の形態の平行化電磁石10の基本動作を図1乃至図5を用いて説明する。
本実施の形態の平行化電磁石10の基本動作の特徴は、上部磁極12と下部磁極14とを接合するボルト24により、内側及び外側磁極間距離Di、Doの一方又は両方を制御することにより、平行化電磁石10の径方向磁場強度を制御し、平行化電磁石10の実際の有効端面が、設計値の有効端面と異なるなどの理由で、基板に入射するイオンビームの角度が基板上の位置によって変化してしまうという問題を解決することである。
なお、ここでは、磁極間距離Di、Doが大きくなると磁場強度が小さくなり、磁極間距離Di、Doが小さくなると磁場強度が大きくなるという電磁石の性質を利用している。
Next, the basic operation of the collimating electromagnet 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
The basic operation of the collimating electromagnet 10 according to the present embodiment is characterized by controlling one or both of the inner and outer magnetic pole distances Di and Do with a bolt 24 that joins the upper magnetic pole 12 and the lower magnetic pole 14. The angle of the ion beam incident on the substrate depends on the position on the substrate because the radial effective magnetic field strength of the collimating electromagnet 10 is controlled and the actual effective end surface of the parallelizing electromagnet 10 is different from the effective end surface of the design value. It is to solve the problem of changing.
Here, the property of the electromagnet is used in which the magnetic field strength decreases as the inter-pole distances Di and Do increase, and the magnetic field strength increases as the inter-pole distances Di and Do decrease.

次に、本実施の形態の平行化電磁石10の基本動作を図1乃至図3を用いて検証するが、平行化電磁石10におけるイオンビームBMの偏向面は水平面内にあるものとする。
図2に、平行化電磁石10のイオンビームBMの光軸(中心軸)に直交する面での断面図を示す。
なお、図2においては、図面の簡略化のために、磁極間隔制御機構20の図示は省略している。
Next, the basic operation of the collimating electromagnet 10 according to the present embodiment will be verified with reference to FIGS. 1 to 3. It is assumed that the deflection surface of the ion beam BM in the collimating electromagnet 10 is in a horizontal plane.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the collimating electromagnet 10 on a plane orthogonal to the optical axis (center axis) of the ion beam BM.
In FIG. 2, the magnetic pole spacing control mechanism 20 is not shown for the sake of simplicity.

先ず、平行化電磁石10において、実際の有効端面A2が設計上の有効端部A1よりも外側にずれた場合を、図3を用いて考察する。
図3に示したように、走査器160で平行化電磁石10の外側に走査されたイオンビームBMは外側に、平行化電磁石10の内側に走査されたイオンビームBMは内側に角度を持って出射する。
First, in the parallelizing electromagnet 10, the case where the actual effective end face A2 is shifted to the outside from the designed effective end A1 will be considered with reference to FIG.
As shown in FIG. 3, the ion beam BM scanned to the outside of the collimating electromagnet 10 by the scanner 160 is emitted to the outside, and the ion beam BM scanned to the inside of the collimating electromagnet 10 is emitted at an angle to the inside. To do.

この場合には、図2に示したように、平行化電磁石10の下側磁極14と上側磁極12の間を、図1に示すボルト24及び回転軸22によりイオンビームの内側に偏向された側で広くなるように機械的に調整する。
上側磁極12の内側を上げて、外側の磁極間距離Doより内側の磁極間距離Diが大きくなるように調整すると、外側の磁場が内側の磁場よりも相対的に強くなる。
In this case, as shown in FIG. 2, the side between the lower magnetic pole 14 and the upper magnetic pole 12 of the collimating electromagnet 10 is deflected to the inside of the ion beam by the bolt 24 and the rotating shaft 22 shown in FIG. Adjust mechanically so that it becomes wider.
When the inner side of the upper magnetic pole 12 is raised so that the inner magnetic pole distance Di is larger than the outer magnetic pole distance Do, the outer magnetic field becomes relatively stronger than the inner magnetic field.

この状態で、基板180の中央に到達させるイオンビームBMの旋回半径が設計値に等しくなるように平行化電磁石10の磁場を若干強くすると、外側を通過するイオンビームBMの旋回半径は若干小さくなり、内側を通過するイオンビームBMの旋回半径は若干大きくなる。   In this state, if the magnetic field of the collimating electromagnet 10 is slightly increased so that the turning radius of the ion beam BM reaching the center of the substrate 180 is equal to the design value, the turning radius of the ion beam BM passing outside is slightly reduced. The turning radius of the ion beam BM passing through the inside is slightly increased.

この結果、外側を通過するイオンビームBMと内側を通過するイオンビームBMが同じ角度となり、基板180の位置に関わらず、一定の角度で、基板180へのイオン注入ができる。
この状態を図3に示す。
図3では、走査器160で外側に偏向されたイオンビームBMの調整前の軌道を実線K7で、調整後の軌道を破線K6で示す。
As a result, the ion beam BM passing through the outer side and the ion beam BM passing through the inner side have the same angle, and ion implantation into the substrate 180 can be performed at a constant angle regardless of the position of the substrate 180.
This state is shown in FIG.
In FIG. 3, the trajectory before adjustment of the ion beam BM deflected outward by the scanner 160 is indicated by a solid line K7, and the trajectory after adjustment is indicated by a broken line K6.

外側に偏向されたイオンビームBMの平行化電磁石10における旋回半径R″が、調整前の旋回半径R´より若干小さくなり、外側に開いていたイオンビームBMの軌道が設計通りに基板180の中央に到達させるイオンビームBMと平行になるように修正されていることが分かる。   The turning radius R ″ of the collimating electromagnet 10 of the ion beam BM deflected to the outside is slightly smaller than the turning radius R ′ before adjustment, and the trajectory of the ion beam BM that has been opened to the outside is the center of the substrate 180 as designed. It can be seen that the ion beam BM is corrected so as to be parallel to the ion beam BM.

逆に、平行化電磁石10の有効端部A2が設計値の有効端部A1(図10参照)より内側にずれた場合は、下側磁極16と上側磁極14の間隔を、イオンビームが外側に偏向された側で広くなるように図2とは逆の方向に機械的に調整すればよい。   On the contrary, when the effective end A2 of the parallelizing electromagnet 10 is shifted inward from the effective end A1 (see FIG. 10) of the design value, the interval between the lower magnetic pole 16 and the upper magnetic pole 14 is set to the outside. What is necessary is just to mechanically adjust to the direction opposite to FIG. 2 so that it may become wide on the deflected side.

即ち、本実施の形態のイオン注入装置の平行化電磁石10は、従来のものとは相違して、一旦平行化電磁石10を製作した後でも、イオンビームBMの平行度を容易に調整することができる。   That is, the collimating electromagnet 10 of the ion implantation apparatus of the present embodiment, unlike the conventional one, can easily adjust the parallelism of the ion beam BM even after the collimating electromagnet 10 is once manufactured. it can.

次に、本実施の形態の平行化電磁石10において、上記した有効端部の変化による偏向角のずれと、偏向角のずれと、このときの内側、外側磁極間ギャップDi、Doの調整幅との関係について図4及び図5を用いて説明する。
図4は、本発明のイオン注入装置の第1の実施の形態に用いる平行化電磁石において、偏向角のずれと、磁極間ギャップの調整幅との関係を説明するための断面図である。
図5は、本発明のイオン注入装置の第1の実施の形態に用いる平行化電磁石において、偏向角のずれと、磁極間ギャップの調整幅との関係を説明するための平面図である。
Next, in the collimating electromagnet 10 of the present embodiment, the deflection angle deviation due to the change in the effective end portion, the deviation of the deflection angle, and the adjustment widths of the inner and outer magnetic pole gaps Di and Do at this time, The relationship will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the relationship between the deviation of the deflection angle and the adjustment width of the gap between the magnetic poles in the parallelizing electromagnet used in the first embodiment of the ion implantation apparatus of the present invention.
FIG. 5 is a plan view for explaining the relationship between the deviation of the deflection angle and the adjustment width of the gap between the magnetic poles in the collimating electromagnet used in the first embodiment of the ion implantation apparatus of the present invention.

ところで、有効端部の変化により、平行化電磁石10において、図5に示すように、旋回半径がRからR+ΔRに微小に変化した場合、偏向角のずれΔθは次式(3)で与えられる。

Figure 2006140053
By the way, when the turning radius slightly changes from R to R + ΔR in the collimating electromagnet 10 as shown in FIG. 5 due to the change in the effective end, the deviation Δθ of the deflection angle is given by the following equation (3).
Figure 2006140053

一般に、R∝1/B(Bは磁束密度とする)、B∝1/D(Dは磁極間ギャップ:図4参照)なので、偏向角をΔθだけ修正するには、

Figure 2006140053
従って、Δθ=0.5°、θ=60°とすると、ΔD/D=1%となる。
ここで、図4に示す、平行化電磁石10の端部における調整幅ΔXとΔDとの関係は、平行化電磁石10の構造にも依るが、概ね、ΔXは、磁極間ギャップDの数%程度でよい。 Generally, since R∝1 / B (B is a magnetic flux density) and B∝1 / D (D is a gap between magnetic poles: see FIG. 4), in order to correct the deflection angle by Δθ,
Figure 2006140053
Therefore, if Δθ = 0.5 ° and θ = 60 °, ΔD / D = 1%.
Here, the relationship between the adjustment widths ΔX and ΔD at the end of the parallelizing electromagnet 10 shown in FIG. 4 depends on the structure of the parallelizing electromagnet 10, but generally ΔX is about several percent of the gap D between the magnetic poles. It's okay.

第2の実施の形態:
先ず、本発明のイオン注入装置の第2の実施の形態について、図6乃び図7を用い、図8を参照して説明する。
Second embodiment:
First, a second embodiment of the ion implantation apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. 8 using FIG. 6 and FIG.

図6は、本発明のイオン注入装置の第2の実施の形態に用いる走査器の主要構成を示す斜視図である。
図7は、本発明のイオン注入装置の第2の実施の形態に用いる走査器の基本動作を説明するための断面図である。
FIG. 6 is a perspective view showing the main configuration of the scanner used in the second embodiment of the ion implantation apparatus of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining the basic operation of the scanner used in the second embodiment of the ion implantation apparatus of the present invention.

先ず、本実施の形態のイオン注入装置の基本構成について説明する。
本実施の形態のイオン注入装置の特徴は、図8の従来のイオン注入装置100において、走査器160を改良した点にある。
従って、以下、本実施の形態のイオン注入装置に用いる走査器40を中心に説明し、それ以外の各構成については、図8に示す従来のイオン注入装置100と同一の構成であり、その説明については割愛するものとする。
First, the basic configuration of the ion implantation apparatus of the present embodiment will be described.
A feature of the ion implantation apparatus of the present embodiment is that the scanner 160 is improved in the conventional ion implantation apparatus 100 of FIG.
Therefore, the following description will focus on the scanner 40 used in the ion implantation apparatus of the present embodiment, and the other components are the same as those of the conventional ion implantation apparatus 100 shown in FIG. Will be omitted.

先ず、本実施の形態のイオン注入装置に用いる走査器40の基本構成について説明する。
本実施の形態の走査器40は、図6に示すように、走査器40のイオンビームBMの軸方向位置が、変更可能となる位置制御機構50を有することを特徴としている。
First, the basic structure of the scanner 40 used for the ion implantation apparatus of this Embodiment is demonstrated.
As shown in FIG. 6, the scanner 40 of the present embodiment is characterized by having a position control mechanism 50 that can change the axial position of the ion beam BM of the scanner 40.

この当該位置制御機構50は、イオンビームBMの中心軸方向に平行に配置される1又は2以上(図示のものは2)のレール54と、走査器本体160を載置すると共にレール54上を移動可能となる可動体52と、この可動体52をレール54の所望の位置に固定する固定具56とを備えた構成である。
58は、高電圧が印加される走査器本体160を支持する絶縁碍子である。
The position control mechanism 50 has one or more (2 in the drawing) rails 54 arranged in parallel to the central axis direction of the ion beam BM, the scanner main body 160 and the rail 54 on the rail 54. The movable body 52 is configured to be movable, and a fixture 56 that fixes the movable body 52 to a desired position on the rail 54.
Reference numeral 58 denotes an insulator that supports the scanner main body 160 to which a high voltage is applied.

次に、本実施の形態の走査器40の基本動作を図7を用いて説明する。
本実施の形態の走査器40の基本動作の特徴は、走査器40の軸方向位置を機械的に調整することにより、走査器40の偏向中心を制御し、平行化電磁石170の実際の有効端面が、設計値の有効端面と異なるなどの理由で、基板180に入射するイオンビームの角度が基板180上の位置によって変化してしまうという問題を解決することである(図8参照)。
Next, the basic operation of the scanner 40 of this embodiment will be described with reference to FIG.
The basic operation of the scanner 40 according to the present embodiment is characterized in that the deflection center of the scanner 40 is controlled by mechanically adjusting the axial position of the scanner 40, and the actual effective end face of the collimating electromagnet 170. However, this is to solve the problem that the angle of the ion beam incident on the substrate 180 changes depending on the position on the substrate 180 because the design value is different from the effective end face (see FIG. 8).

以下、本実施の形態の走査器40の基本動作を図7を用いて検証する。
平行化電磁石170の実際の有効端面A2が設計値の有効端面A1(図10参照)よりも外側にずれた場合は、偏向中心Cで外側に偏向されたイオンビームBMの軌道は実線K9のようになり、平行化電磁石170を通過した後のイオンビームBMは開き気味になる。
Hereinafter, the basic operation of the scanner 40 of the present embodiment will be verified with reference to FIG.
When the actual effective end face A2 of the collimating electromagnet 170 is shifted outward from the design effective end face A1 (see FIG. 10), the trajectory of the ion beam BM deflected outward at the deflection center C is as indicated by a solid line K9. Thus, the ion beam BM after passing through the collimating electromagnet 170 becomes open.

この場合、本実施の形態のイオン注入装置では、走査器40を上流側に移動し、走査器40における偏向中心を設計値上のCからC´に移動させることにより、外側に偏向されたイオンビームBMの軌道は破線K10のようになり、平行化電磁石170を通過した後のイオンビームBMは走査器40による偏向角度に依存せずに一定の角度とすることができる。
また、平行化電磁石170の有効端面が内側にずれた場合は、逆に、走査器40を下流側に移動すればよい。
In this case, in the ion implantation apparatus of the present embodiment, the scanner 40 is moved to the upstream side, and the deflection center in the scanner 40 is moved from C to C ′ on the design value, so that ions deflected to the outside are moved. The trajectory of the beam BM is as indicated by a broken line K10, and the ion beam BM after passing through the collimating electromagnet 170 can be set to a constant angle without depending on the deflection angle by the scanner 40.
On the other hand, when the effective end face of the parallelizing electromagnet 170 is displaced inward, the scanner 40 may be moved downstream.

即ち、本実施の形態のイオン注入装置の走査器40は、従来のものとは相違して、一旦ビームライン上に走査器40を配置した後でも、イオンビームの平行度を容易に調整することができる。   That is, unlike the conventional one, the scanner 40 of the ion implantation apparatus of this embodiment can easily adjust the parallelism of the ion beam even after the scanner 40 is once arranged on the beam line. Can do.

本発明のイオン注入装置は、上記各実施の形態には限定されず、種々の変更が可能である。
先ず、上記実施の形態としては、走査器の位置制御機構としては、レールの所望の位置に固定する固定具を備えた構成のもので説明したが、これを可動体を位置制御するボールネジを備えたものに置き換えても良い。
このように構成すると、ボールネジを遠隔操作することにより、イオン注入装置を運転したいる間でも、リアルタイムで走査器の偏向中心を調整することが容易になる。
The ion implantation apparatus of the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made.
First, in the above embodiment, the position control mechanism of the scanner has been described as having a structure including a fixture for fixing the desired position of the rail. However, this includes a ball screw for controlling the position of the movable body. You may replace it with something.
If comprised in this way, it will become easy to adjust the deflection center of a scanner in real time, even while operating an ion implantation apparatus by operating a ball screw remotely.

また、図8に示した構成のイオン注入装置の例で説明したが、必ずしもこの従来例にのみ適用できるのではなく、走査器及び平行化電磁石を備えたイオン注入装置全般に本発明が適用できるのは言うまでもないことである。   Further, the example of the ion implantation apparatus having the configuration shown in FIG. 8 has been described. However, the present invention is not necessarily applicable only to this conventional example, and the present invention can be applied to all ion implantation apparatuses including a scanner and a parallelizing electromagnet. It goes without saying.

本発明のイオン注入装置の第1の実施の形態に用いる平行化電磁石の主要構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the main structures of the parallelizing electromagnet used for 1st Embodiment of the ion implantation apparatus of this invention. 本発明のイオン注入装置の第1の実施の形態に用いる平行化電磁石の基本動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the basic operation | movement of the parallelizing electromagnet used for 1st Embodiment of the ion implantation apparatus of this invention. 本発明のイオン注入装置の第1の実施の形態に用いる平行化電磁石の基本動作を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the basic operation | movement of the parallelizing electromagnet used for 1st Embodiment of the ion implantation apparatus of this invention. 本発明のイオン注入装置の第1の実施の形態に用いる平行化電磁石において、偏向角のずれと、磁極間ギャップの調整幅との関係を説明するための断面図である。In the parallelizing electromagnet used for the first embodiment of the ion implantation apparatus of the present invention, it is a sectional view for explaining the relationship between the deviation of the deflection angle and the adjustment width of the gap between the magnetic poles. 本発明のイオン注入装置の第1の実施の形態に用いる平行化電磁石において、偏向角のずれと、磁極間ギャップの調整幅との関係を説明するための平面図である。FIG. 5 is a plan view for explaining the relationship between the deviation of the deflection angle and the adjustment width of the gap between the magnetic poles in the parallelizing electromagnet used in the first embodiment of the ion implantation apparatus of the present invention. 本発明のイオン注入装置の第2の実施の形態に用いる走査器の主要構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the main structures of the scanner used for 2nd Embodiment of the ion implantation apparatus of this invention. 本発明のイオン注入装置の第2の実施の形態に用いる走査器の基本動作を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the basic operation | movement of the scanner used for 2nd Embodiment of the ion implantation apparatus of this invention. 従来のイオン注入装置の概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the conventional ion implantation apparatus. 従来のイオン注入装置に用いる平行化装置の断面図である。It is sectional drawing of the parallelization apparatus used for the conventional ion implantation apparatus. 従来のイオン注入装置において、平行化装置を通過したイオンビームが平行でなくなってしまう問題を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the problem that the ion beam which passed the parallelization apparatus becomes non-parallel in the conventional ion implantation apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

10:平行化電磁石(平行化装置)
12:上部磁極
14:下部磁極
16:外側磁極
18:内側磁極
20:磁極間隔制御機構
22:回転軸
24:ボルト
30:励磁コイル
40:走査器
50:位置制御機構
54:レール
52:可動体
56:固定具
100:イオン注入装置
120:質量分離器
140:加減速管
180:基板
Do:外側磁極間隔
Di:内側磁極間隔
10: Parallelizing electromagnet (parallelizing device)
12: Upper magnetic pole 14: Lower magnetic pole 16: Outer magnetic pole 18: Inner magnetic pole 20: Magnetic pole interval control mechanism 22: Rotary shaft 24: Bolt 30: Excitation coil 40: Scanner 50: Position control mechanism 54: Rail 52: Movable body 56 : Fixing tool 100: Ion implanter 120: Mass separator 140: Acceleration / deceleration tube 180: Substrate Do: Outer magnetic pole spacing Di: Inner magnetic pole spacing

Claims (5)

イオンを生成するイオン源からイオンを引き出し、質量分離器により所望のイオン種を選定し、加減速管によりこのイオン種を所望のエネルギーに加速又は減速し、平行化電磁石により前記イオンを平行化して、半導体ウェーハ等の基板の注入面に前記所望のイオンを注入するイオン注入装置において、
前記平行化電磁石の内側磁極間隔及び外側磁極間隔の一方又は両方を変更可能とする磁極間隔制御機構を有し、前記平行化電磁石の磁極間磁場強度分布が調整可能であることを特徴とするイオン注入装置。
Ions are extracted from an ion source that generates ions, a desired ion species is selected by a mass separator, this ion species is accelerated or decelerated to a desired energy by an acceleration / deceleration tube, and the ions are collimated by a parallelizing electromagnet. In an ion implantation apparatus for implanting the desired ions into an implantation surface of a substrate such as a semiconductor wafer,
Ion having a magnetic pole interval control mechanism that can change one or both of the inner magnetic pole interval and the outer magnetic pole interval of the collimating electromagnet, and the magnetic field strength distribution between the magnetic poles of the collimating electromagnet can be adjusted. Injection device.
前記平行化電磁石の内側磁極間隔及び外側磁極間隔の一方又は両方を変更可能とする磁極間隔制御機構は、
前記平行化電磁石の上部磁極と下部磁極との接合部に、前記上部磁極が前記下部磁極に対して軸回転可能となるように設けられた円筒状の回転軸と、
前記平行化電磁石の上部磁極と下部磁極とを接合すると共に磁極間距離を調整可能とする1又は2以上のボルトとを備えていることを特徴とする請求項1に記載のイオン注入装置。
A magnetic pole interval control mechanism that can change one or both of the inner magnetic pole interval and the outer magnetic pole interval of the parallelizing magnet,
A cylindrical rotation shaft provided at a joint portion between the upper magnetic pole and the lower magnetic pole of the parallelizing electromagnet so that the upper magnetic pole can rotate with respect to the lower magnetic pole;
The ion implantation apparatus according to claim 1, further comprising one or more bolts that join the upper magnetic pole and the lower magnetic pole of the parallelizing electromagnet and adjust the distance between the magnetic poles.
イオンを生成するイオン源からイオンを引き出し、質量分離器により所望のイオン種を選定し、加減速管によりこのイオン種を所望のエネルギーに加速又は減速し、走査器により走査すると共に、平行化電磁石により前記イオンを平行化して、半導体ウェーハ等の基板の注入面に前記所望のイオンを注入するイオン注入装置において、
前記走査器の軸方向位置が、変更可能となる位置制御機構を有し、前記走査器の偏向中心位置が調整可能であることを特徴とするイオン注入装置。
Ions are extracted from an ion source that generates ions, a desired ion species is selected by a mass separator, this ion species is accelerated or decelerated to a desired energy by an acceleration / deceleration tube, scanned by a scanner, and a collimating electromagnet In the ion implantation apparatus that collimates the ions by the above and implants the desired ions into the implantation surface of a substrate such as a semiconductor wafer,
An ion implantation apparatus comprising: a position control mechanism capable of changing an axial position of the scanner; and an adjustment of a deflection center position of the scanner.
前記走査器の軸方向位置が変更可能となる位置制御機構は、
イオンビームの中心軸方向に平行に配置される1又は2以上のレールと、
前記走査器を載置すると共に前記レール上を移動可能となる可動体と、
前記可動体を前記レールの所望の位置に固定する固定具とを備えたことを特徴とする請求項3に記載のイオン注入装置。
A position control mechanism capable of changing the axial position of the scanner is:
One or more rails arranged parallel to the direction of the central axis of the ion beam;
A movable body that mounts the scanner and is movable on the rail;
The ion implantation apparatus according to claim 3, further comprising a fixture that fixes the movable body to a desired position of the rail.
前記走査器の軸方向位置が変更可能となる位置制御機構は、
イオンビームの中心軸方向に平行に配置される1又は2以上のレールと、
前記走査器を載置すると共に前記レール上を移動可能となる可動体と、
前記イオンの中心軸方向に平行に配置されると共に前記可動体を位置制御するボールネジとを備えたことを特徴とする請求項3に記載のイオン注入装置。
A position control mechanism capable of changing the axial position of the scanner is:
One or more rails arranged parallel to the direction of the central axis of the ion beam;
A movable body that mounts the scanner and is movable on the rail;
The ion implantation apparatus according to claim 3, further comprising a ball screw disposed parallel to the central axis direction of the ions and controlling the position of the movable body.
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